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Einrichtung zur linienförmigen Informationsübertragung zwischen
schienengebundenen Fahrzeugen und der Strecke
Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung zur linienförmigen Informationsübertragung zwischen schienengebundenen
Fahrzeugen
und der Strecke mit einer längs-der Strecke angeordneten wechseletromgespeisten
Doppelleitung, die markante vom Fahrzeug erkenn-
bare, für eine
Fahrrichtung im Abstand nach einem Programm angeordnete Markierungsstellen
hat, die bei Wirksamer Fahrzeug-
bremse unter Berücksichtigung
einer vorgegebenen Geechwindig- . keitskurve auf dem Fahrzeug die Ausgabe
von Sol1-Gesehwindigkeitswerten veranlassen.
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_ Aus der deutschen Patentschrift 1 106 ?94 ist eine
Zug.:. deckungseinrichtung bekannt, bei welcher zur Fahrortbestimmung
der Züge und zum Informationsaustausch zwischen den Zügen und
,den
Streckenzentralen längs der Strecke eine Linienleitung mit Markierungsstellen ausgelegt
ist, die mit Wechselstrom gespeist wird. Diese Linienleitung besteht aus einer nicht
abgeschirmten Doppelleitung, deren einer Leiter z. B. am Schienenfuß der einen Fahrschiene
und deren zweiter Leiter am -Schienenfuß der anderen Fahrschiene angeordnet ist.
An den Markierungsstellen, z. B. alle 100 m, tauschen die beiden Leiter miteinander@die
Gleisseite. Die dadurch entstehenden Kreuzungssteilen können von den Zügen mit Hilfe
von induktiv gekoppelten Empfangsspulen "elektrisch erkannt" werden. Beim Passieren
dieser Kreuzungsstellen werden auf dem betreffenden Zuge Impulse ausgelöst.
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Es ist weiterhin geläufig, daß durch Zählen der seit der Einfahrt
eines Zuges in einen Streckenbereich empfangenen Impulse auf dem Zuge bzw. nach
Rückmelden dieser Impulse nach der Strekkenzentrale in dieser der Fahrort des Zuges
ermittelt werden kann. , Mit Hilfe der auf den Zügen empfangenen Impulse kann bei
vorgegebenem Markierungsetellenabstand die jeweilige Fahrge-schwindigkeit gemessen
werden. Für die Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit braucht lediglich die
von einem Impuls bis zum
anderen abgelaufene Zeit gemessen und auf
die als Meßstrecke benutzte festliegende Entfernung zwischen zwei Markierungsstellen
bezogen zu werden. Zur Geschwindigkeitsbeeinflussung wird die gemessene Ist-Zeit
mit einer vorgeschriebenen Soll-Zeit verglichen und je nach Abweichung der Ist-
von der Soll-Zeit ein entsprechender Steuerbefehl ausgegeben. Zur selbsttätigen
Fahrtsteuerung müssen bei diesem System also laufend von der , Strecke her
die Soll-Zeiten einstellbar sein; dies ist jedoch _ mit Pahrortmeldungen
verbunden.
Aus der deutschen Patentschrift 1 079 670 ist es bekannt,
die Markierungsstellen nicht nur in gleichen Abständen voneinander vorzusehen, sondern
diese nach einem Programm zu variieren. Soll die Zuggeschwindigkeit in einem bestimmten
Streckenbereich unverändert beibehalten werden, so werden die Entfernungenzwischenden
Markierungsstellen gleich lang gemacht.
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Soll dagegen die Fahrgeschwindigkeit der Züge vermindert werden, so
werden die Entfernungen zwischen aufeinanderfolgenden Markierungsstellen immer kleiner
gewählt. Die Soll- und Ist-Zeiten stimmen beim Befahren derartiger Streckenbereiche
bei konstanter Soll-Zeit nur dann überein, wenn der Zug laufend seine Fahrgeschwindigkeit
herabsetzt.
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Die Fahrgeschwindigkeit kann auch aus einer anderen
Weg-Zeitmessung errechnet werden, und zwar dadurch, daß die Radum-drehungen eines
Laufrades in Wegimpulse umgesetzt werden. Auch
hierbei wird die von einem
Impuls bis zum folgenden abgelaufene Zeit gemessen und auf eine durch die beiden
Wegimpulse vorge-
gebene Meßstrecke bezogen.
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Für eine selbsttätige Zugsteuerung kann von jeder Streckenzentrale
auf einen in dem betreffenden Streckenbereich fahrenden Zug ein Wert der Höchstgeschwindigkeit
übertragen werden. Außerdem sind hierbei die Zielgeschwindigkeit und die Zielentfernung
erforderlich. Die Zielgeschwindigkeit gibt an, wie schnell ein Zug an einem fahrteinschränkenden
Streckenpunkt innerhalb des befahrenen Bereiches fahren darf. Die Zielentfernung
gibt die Entfernung vom Streckenbereichsanfang bis zu 'dem fahrteinschränkenden
Streckenpunkt an. Da der Standort des Zuges`, bezogen auf den Streckenbereichsanfang,
z. B. durch Zählen der Wegimpulse bekannt ist, kann ein elektronischer Rechner mit
Hilfeeiner
vorgegebenen Geschwindigkeitskurve (Geschwindigkeits-Weg-Kurve) aus der Zielentfernung
und der Zielgeschwindigkeit den' Bremeeinsatzpunkt bestimmen. Außerdem können die
Wegimpulse oder auch die an den in gleichen Abständen angeordneten Markierungsstellen
ausgelösten Impulse bei-wirksamer Fahrzeugbremse laufend zum Abfragen des Rechners
verwandt werden, der dann gemäß der Geschwindigkeitskurve jeweils einen Wert der
zulässigen Soll-Geschwindigkeit ausgibt. Aus dem Soll-Ist-Geschwindigkeitsvergleich
resultieren Steuerbefehle für die Antriebsaggregate der Triebfahrzeuge. . Bei manchen
Bahnen ist es nun erwünscht, bei selbsttätigem Betriebsablauf mit möglichst wenig
auf die Züge zu übertragenden Informationen auszukommen, ohne daß die Streckengeräte
durch von den Zügen abgegebene und zu verarbeitende.Informationen einen teueren
und komplizierten Aufbau erhalten müssen. Der Aufwand bleibt gering, wenn
von den Streckenzentralen auf die Züge ausschließlich Werte der Zielgeschwindigkeit,
Zielent-fernung und der Höchstgeschwindigkeit und vom Zug nach der Strecke
keine Informationen übertragen werden. Dies gilt aller-dings nur für Strecken
in der Ebene.
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Fährt ein Zug aus der Ebene in einen Streckenteil mit positiven und
/oder negativen Neigungen, so muß dies beim Bremsvermögen des Zuges berücksichtigt
werden. Im Gefälle werden das Bremsvermögen kleiner und der Bremsweg entsprechend
größer, während die Verhältnisse bei Steigungen umgekehrt sind. Diese Tataachen
erfordern auf den Zügen, die selbsttätig mit Hilfe, der Linienzugbeeinflussung gesteuert
werden,*einen Rechner, der unter Berücksichtigung des jeweils bei Neigungen geänderten
Bremsvermögens eine der jeweils vorliegenden Streckenneigung
angepaßte
Geschwindigkeitskurve errechnet. Die hierzu erforderliehen Informationen müßten
zusätzlich von jeder Streckenzentrale ortsselektiv auf die Züge übertragen werden.
Dies erfordert ` jedoch auch laufend eine Standortmeldung der Züge nach der ' betreffenden
Streckenzentrale hin. Außerdem müßten auf*jedem Zuge mehrere Speicher für Bremskurvendaten
vorgesehen werden.
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Da derartige Zugsicherungssysteme den größten Aufwand an Geräten ohnehin
für die-Fahrzeuge benötigen, .ist ein weiterer Aufwand an zusätzlichen Baugruppen
für derartige Bahnen, bei denen ein einfacheres Signalsystem ausreicht, unerwünscht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das linienförmige
Signalsystem zur selbsttätigen Zugsteuerung, bei dem von jeder Streckenzentrale
auf den in deren Streckenbereich fahrenden Zug mindestens die Höchstgeschwindigkeit,
die Zielgeschwindigkeit . und die Zielentfernung übertragen werden, so ohne größeren
Aufwänd zu verbessern, daß auch auf Strecken. mit Neigungen selbsttätig gefahren
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufggbe dadurch gelöst, daß der Abstand der
Markierungsstellen voneinander in der Ebene einen
konstanten Wert hat, der-bei
Strecken mit Steigung sich um einen Faktor (1+b/bo)-1 verringert und bei Strecken:
mit Gefälle um einen Faktor (1-b/bo)-1 erhöht, wobei-die Größe bo
eine vorgegebene Bremsverzögerung der Fahrzeuge darstellt und der Betrag der Größe
b
durch die jeweilige Streckenneigung gegeben ist.
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Bei dieser Einrichtung zur linienförmigen Informationsüber-.tragung,
die insbesondere für Strecken gedacht ist, die von Zügen, gleicher Gattung befahren
werden, wird. der Aufwand in d"en Streckenzentralen und in den Geräten auf den Zügen
besonders .
gering gehalten,- auch wenn es sich ausschließlich um
geneigte Strecken handelt.
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Wesentlich ist für die Einrichtung, daß die Größe der je-weiligen
Streckenneigung nach Betrag und Vorzeichen durch die Entfernung zwischen aufeinanderfolgenden
Markierungsstellen für die Züge erkennbar vorgegeben wird. Hierdurch ist es in
vorteilhafter Weise möglich, daß für alle Streckenverhältnisse
zur, Ausgabe
von Soll-Geschwindigkeitswerten lediglich eine einzige Geschwindigkeitskurve
im Fahrzeuggerät z:- B. in Form von
Digitalwerten gespeichert zu werden
braucht. Die Ausgabe der
Digitalwerte erfolgt nach dem Einleiten einer Bremsung
jeweils
beim Passieren einer Markierungsstelle.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
anhand
der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt im oberen Teil ein Diagramm, bei dem die
Geschwindigkeit V eines gebremsten Zuges über dem Weg S aufge-tragen
ist, darunter den Ausschnitt eines Streckenbereichs mit
verschiedenen
Neigungen, außerdem ist eine Linienleitung mit
Markierungsstellen
vorgesehen, deren Abstände in Abhängigkeit von der jeweiligen Streckenneigung
gewählt sind.
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Pig. 2 zeigt eine Pahrzeugeinrichtung zum Auswerten der
von
der Strecke auf das Fahrzeug übertragenen Informationen.
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Fig 1 zeigt einen in Pahrrichtung F1 befahrenen Ausschnitt
eines
Streckenbereiches mit Linienzugbeeinflussung. Es ist angenommen,
daß die-Strecke zwischen ann Punkten 1,2 und 3,4 eben
verläuftdaß
zwischen den Punkten 2,3 eine Steigung von 2 9@ und zwischen
den Punkten 4 und 5 ein Gefälle von 2 9L vorliegt.
Zwischen
den Schienen (nicht dargestellt) den im Punkt 1 beginxrinden Stxeckenbereichee
ist eine an eine Streckenzentrale 6
angeschlossene Linienleitung
7 angeordnet,- die in vorgegebenen Abständen Markierungsstellen 8 aufweist, in der
Ebene 1,2 bzw. 3,4,z. B. alle 100 m. Nachstehend soll zunächst gezeigt werden,
wie die Entfernung sich zwischen Markierungsstellen bei geneigter Strecke berechnet.
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Die Beschleunigung b, die ein Zug auf einem geneigten Streckenteil
infolge der Erdbeschleunigung erfährt, ist b = g . ein
,
wobei der Winkel
ß
der Neigungswinkel
ist. Andererseits wird die
Neigung
als der
Tangens
desselben Winkels angegeben.-Im
Beispiel
ist also tan = 2 96
= 0,02. Bei derartig kleinen Werten kann tan =
ein gesetzt werden, und es ergibt
sich somit für die
Beschleunigung b: b = 9
981 . 0902 R>0,2
um diesen Betrag verringert bzw. erhöht sich der Wert der vor-
gegebenen
Bremsverzögerung bo
eines Zuges in Gefälle bzw. in der
Steigung bei einer
Neigung von 2 %.
Der Wert b geht folgender-
maßten in den Bremsweg e des
Zuges ein:
Durch Division folgt:
Wenn, wie oben angenommen
ist, die Entfernung zweier Markierungasteileä-in"der
Ebene 100 m ist und diese Entfernung mit dem Weg
0
definiert
wird, errechnet sich die Markierungsstellen-Entfernung für bo = 0,6 im Gefälle bei
2 gb zu 150 m und in der Steigung bei ebenfalls 2 g6 zu 75 m. Dieser letzte Wert
gilt für die Linienleitungsanordnung zwischen den Punkten 2 und 3. Die Entfernung
von 150 m wird bei der Verlegung der Linienleitung zwischen den Punkten 4 und 5
berücksichtigt.
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Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild mit wesentlichen Baugruppen einer
Fahrzeugeinrichtung. Es wird angenommen, daß ein Zug mit konstante Höchstgeschwindigkeit
V1 (Fig. 1) in den dargestellten Streckenbereich einfährt. Es wird weiter angenommen,
daß das Signal 9 auf "Halt" steht. Dies wird der Streckenzentrale 6 gemeldet. Zur
selbsttätigen Fahrtsteuerung eines in den Streckenbereich einfahrenden Zuges werden
diesem von der Streckenzentrale 6 mit Hilfe der Linienleitung 7 folgende Informationen
übermittelt: Höchstgeschwindigkeit: V1 Zielgeschwindigkeit: Null Zielentfernung:
17 (Markierungsstellen) Diese Angaben besagen also, daß der Zug zunächst mit der
Höchstgeschwindigkeit V1 fahren darf, jedoch nach Passieren von 17 Markierungestellen,
gerechnet vom Streckenbereicheanfang am Punkt 1, zum Stehen gekommen sein muß. Diese
codiert mit Hilfe von Wechselspannungen übertragenen Informationen werden von einer
mit der Linienleitung 7 induktiv gekoppelten Empfangsantenne 10 aufgenommen und
einem Empfänger 11 zugeführt. Dieser Empfänger hat einerseits die Aufgabe, die Informationen
zu decodieren und andererseits,aus den an den Markierungsstellen empfangenen
Signalen sogenannte Markierungskennzeichen abzuleiten. Diese schalten einen Zähler
12 fort, der an jedem '
Streckenbereichsanafang z. B. mit Hilfe
einer gesonderten,Einrichtung (nicht dargestellt) durch ein auf den Zug übertragenes.
Kennzeichen in Grundstellung gestellt wird. Der Wert der Höchstgeschwindigkeit V1
wird über die Leitung L1 einem Umsetzer 13 zugeführt, der diesen Wert, solange der
Zug angebremst finit FiöchstgeschwLndigkeit fahren darf, in der Größe unverändert
als Soll-Geschwindigkeit über die Leitung L5 an einen Vergleicher 14 weiterleitet.
An den Vergleicher 14 ist eine Gebe.reinrichLung 15 für Ist-Geschwindigkeitswerte
angeschlossen. Diese Gebereinrichtung ermittelt aus der zeitlichen Folge von durch
einen Wegimpulsgeber-16 ausgelösten Wegimpulsen, z. B. pro Meter zurückgelegter
Strecke einen Wegimpuls, die jeweilige Ist-Geschwin.. digkeit des Zuges. Durch Vergleich
von Soll- und Ist-Geschwindigkeit im Verg-eicher 14 werden je nach Abweichung entsprechende
Steuerbefehle über die Leitung L2 an die Antriebs- oder Bremsaggregate (nicht dargestellt)
gegeben.
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Weiterhin ist ein Speicher 17 vorgesehen, der entsprechend der für
den Zug-durch die Bremsverzögerung bo = 0,6 vorgegebenen Geschwindigkeitskurve den
zum Abbremsen aus der fI,öchs.tgeschwindigkeit V1 bis zum Stillstand erforderlichen
Wert des Bremsweges, ausgedrückt durch die entsprechende Anzahl von Markierungsstellenabständen,
enthält Im vorliegenden Beispiel sind dies 12 Markierungsatellen,'was einem Bremsweg
in der Ebene von 1 200 m entspricht.-Der gespeicherte Wert des Bremsweges wird einem
Vergleicher 18 zugeführt, der dann für den Umsetzer 13 über die . Leitung L3 einen
Startimpuls abgibt, wenn der Zug sich bis auf Bremswegabstand, also bis auf 12 MarklerungssteLlen,
dem ha1.tzeigenden Signal genähert@hat und die Brem:3ung erfolgen maß.
Perner
ist- eine Baugruppe 19 vorgesehen, die den Wert der Zielentfernung = 17 (Markierungsstellen)
speichert, .laufend von diesem Wert das Zählergebnis des Zählers 12 subtrahiert
und den errechneten Differenzwert an den Vergleicher 18 abgibt. Sobald der Zug die
Markierungsstelle 81 passiert hat, ist das Zählergebnis des Zählers 12 fünf. Aus
diesem Zählergebnis und der Zielentfernung ermittelt die Baugruppe 19 durch Differenzbildung
den bis zum haltzeigenden Signal 9 noch zu durchfahrenden Restweg von 12 Marklerungsstellenabatänden
und leitet diese Zahl an den Vergleicher 18 weiter. Da nun der Restweg gleich dem
Bremsweg ist, gibt der Vergleicher 18 über die . Leitung L3 den Starimpuls an den
Umsetzer 13 aus. Von diesem Zeitpunkt ab wird ein Zähler 131 des Umsetzers 13 durch
über d.ie Leitung L4 vom Empfänger 11 jeweils beim Passieren von Markierungsstellen
zugefÜhrte Markierungskennzeichen fortgeschal te t .
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Die Baugruppe 132 des Umsetzers 13 hat die Aufgabe, gemäß der vorgegebenen
Geschwindigkeitskurve nach jedem Markierungskennzelchen unter Berücksichtigung der
vorgeschriebenen HöchstgeschwindLgkeit, beginnend mit dem Markierungskennzeichen,
bei bem der Startimpuls ausgelöst wird, eine tun einen durch die Bremsverzögertitig
bo vorgegebenen verminderten Wert der Soll-Geschwindigkeit@über die Leitung L5 an
den Vergleicher 14 auszugeben. Bis zur Ausgabe des Soll-Geschwindigkeitswertes Null
werden also zwölf verschiedene Werte der Soll-Geschwindigkeit Lm Umsetzer 13 bestimmt.
Die
Geschwindigkeitskurve nach Fig. 1 setzt sich aus je einem anderen Kurvenausschnitt
von drei Geschwindigkeitskurven für die Steigung, die Ebene und für das Gefälle
zusammen.
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Es ist zu ersehen, daß der Teil der Kurve, der im Bereich der Streckensteigung
liegt, stärker abfällt als der für den ebenen Streckenteil zwischen den Punkten_3*und
4 geltende Kurventeil, weil sich hier eine größere Bremsverzögerung als in der Ebene
auswirkt. Für den letzten Kurventeil gilt-eine kleinere Bremsverzögerung als in
der Ebene, weil die zugeordnete Strecke ein-Gefälle hat. Folglich fällt dieser Kurventeil
flacher ab, als es beim Bremsen bis zum Stillstand auf ebener Strecke der Fall wäre.
Da sich die Bremsweglänge-auch bei den unterschiedlichsten Streckenverhältnissen
bei vorgegebener Bremsverzögerung bo der Züge durch eine konstante Anzahl von Markierungsstellen
vorgeben läßt, wobei die Entfernung zwischen den Markierungsstellen, wie gezeigt
wurde, entsprechend der jeweiligen Neigung unterschiedlich ist. braucht für den
Umsetzer 13 lediglich nur eine, Geschwindigkeitskurve vorgegeben zu werden, deren
Werte für die Verhältnisse bei ebener Strecke berechnet werden. Durch Abtasten dieser
Geschwindigkeitskurve mit Hilfe der an den Markierungsstellen ausgelösten Markierungskennzeichen
ergibt sich die dargestellte "Treppenkurve'.
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- Es kann nun vorkommen, daß die Strecke, für die die Entfernungen
der Markierungsstellen unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Bremsverzögerung
bo berechnet wurden, von Fahrzeugen mit anderer Bremsverzögerung befahren werden.
In diesen Fällen ist.es vorteilhaft, daß alle auf diesen Fahrzeugen ausgegebenen
Werte der Soll-Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der
anderen
Bremsverzögerung durch einen konstanten Faktor geändert werden. Dieser konstante
Faktor kann in der Baugruppe 132 des Umsetzers 13 mit Hilfe einer zusätzlichen Gebereinrichtung
(nicht dargestellt) vorgegeben werden.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, auf den Zügen eine Überwachungseinrichtung
vorzusehen, die prüft, ob alle Markierungsstellen ein Markierungskennzeichen auf
dem Zuge auslösen.
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Zu diesem Zweck ist an die Gebereinrichtung 15 eine Baugruppe 20 angeschlossen,
die von der Gebereinrichtung 15 jeweils nach dem Durchfahren einer Strecke, die
der größten Entfernung zweier Markierungsstellen entspricht, ein Kennzeichen erhält,
das zur Überwachung der über die Zeitung L6 zugeführten Markierungskennzeichen dient.
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Die Baugruppe 20 ist so aufgebaut, daß beim Ausfallen eines Markierungskennzeichens
oder des Kennzeichens von der Gebereinrichtung 15 infolge einer Störung über die
Zeitung L7 eine Zwangsbremsung ausgelöst wird.
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Weiterhin kann, wenn eine Strecke in beiden Richtungen befahren
werden soll, für die andere Fahrrichtung eine zweite Linienleitung vorgesehen werden.
Je nach Fahrrichtung wird dann die eine oder andere Linienleitung angeschaltet.