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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf einen Stangenstromabnehmerschalter bzw. Rollenstromabnehmerschalter
zum Umschalten des Laufpfads einer Energiekollektoranordnung eines Stangenstromabnehmers
an einer Kreuzung auseinanderlaufender bzw. divergierender Stromleitungen. Genauer
gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Signalverarbeitungseinheit
für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit.
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Wie es ausreichend auf dem Fachgebiet
der Oberleitungsfahrzeuge bekannt ist, nimmt ein elektrisch betriebenes
Oberleitungsfahrzeug bzw. Trolley-Bus die Energie, die für seinen
Betrieb benötigt wird,
von einer Oberleitung oder einer ähnlichen Stromleitung auf.
Oberhalb des Oberleitungsfahrzeugs ist ein Stangenstromabnehmer
bzw. Rollenstromabnehmer vorhanden, an dessen einem Ende eine Energiekollektoranordnung
befestigt ist. Die Energiekollektoranordnung läuft entlang der Stromleitung
oder "Oberleitung" bzw. "Trolley-Leitung", wie sie auch oftmals
bezeichnet wird, wenn das Oberleitungsfahrzeug entlang seinem Fahrweg
fährt.
Die Energie wird von der Stromleitung über die Energiekollektoranordnung
des Rollenstromabnehmers geführt
und schließlich
zu einer Antriebseinheit und anderen Energie verbrauchenden Vorrichtungen,
die auf dem Oberleitungsfahrzeug angeordnet sind, übertragen.
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Auch ist auf dem Fachgebiet der Oberleitungsfahrzeuge
die Betriebsweise eines Stangenstromabnehmer-Schaltmechanismus (nachfolgend als "Stangenstromabnehmerschalter" bezeichnet) bekannt.
Ein Stangenstromabnehmerschalter ist eine Vorrichtung, die an einer
Verbindung bzw. Verzweigung mit divergierenden Strom- bzw. Energieleitungen
angeordnet ist, die oberhalb des Punkts angeordnet ist, wo die Fahrwege
des Oberleitungsfahrzeugs in unterschiedlichen Richtungen divergieren bzw.
auseinanderlaufen. Der Stangenstromabnehmerschalter wird dazu verwendet,
den Laufweg, den die Energiekollektoranordnung des Stangenstromabnehmers
an einer Verbindung divergierender Stromleitungen nimmt, umzuschalten.
Eine Abzweigung bzw. ein Übergang
divergierender Stromleitungen kann aus einer Stromleitung, die sich
in einem geraden Pfad erstreckt, und einer anderen Stromleitung, die
dazu divergiert, die sich in einem Pfad erstreckt, der sich zu einer
allgemein linken Richtung erstreckt, bestehen. In ähnlicher
Weise kann eine solche Abzweigung bzw. ein Übergang aus einer Stromleitung, die
sich in einem geraden Pfad erstreckt, und einer anderen, die dazu
divergiert, die sich in einem Pfad erstreckt, der zu einer allgemein
rechten Richtung verläuft,
bestehen.
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Wenn sich ein Oberleitungsfahrzeug
einer Verzweigung nähert,
kann der Stangenstromabnehmerschalter dahingehend befehligt werden,
den Pfad, den die Energiekollektoranordnung fahren wird, von der
Stromleitung, die sich in einem geraden Pfad erstreckt, zu irgendeiner
der Stromleitungen, die sich in die linke oder rechte Richtung ziehen,
umzuschalten. Wenn das Oberleitungsfahrzeug versucht, über eine
Verzweigung in einem geraden Pfad fortzuschreiten, kann der Stangenstromabnehmerschalter,
wie nachfolgend erläutert
wird, dahin befehligt werden oder nicht, zu dem Pfad hin umzuschalten,
um sicherzustellen, dass der Energiekollektor dort hindurch auf
der Stromleitung fortschreitet, der sich in den geraden Pfad erstreckt.
Der Fahrweg des Oberleitungsfahrzeugs entspricht natürlich immer dem
Fahrweg, dem die Energiekollektoranordnung über den Stangenstromabnehmerschalter
und danach auf der Stromleitung, zu der er gerichtet wird, folgt.
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Ein typischer Stangenstromabnehmerschalter
besitzt zwei Schaltelemente, oder "Frösche" bzw. "Kreuzungsherzstücke", wie sie oftmals
bezeichnet werden. Ein Schaltelement des Typs, der durch die vorliegende
Erfindung steuerbar ist, ist in dem US-Patent 5,390,772 beschrieben.
Jedes Schaltelement, wie es darin beschrieben ist, des typischen Stangenstromabnehmerschalters
enthält
eine elektrische Betriebseinrichtung, wie beispielsweise einen Solenoid.
Wenn der Solenoid eines Schaltelementes erregt wird, wirkt er auf
bestimmte Elemente innerhalb des Schaltelementes ein, um den Pfad,
den die Energiekollektoranordnung laufen wird, über dieses Schaltelement von
der Geradeaus-Stromleitung zu einer Stromleitung umzuschalten, die
von der Geradeaus-Stromleitung
abzweigt. In ähnlicher
Weise wirkt, wenn der Solenoid des anderen Schaltelementes erregt
wird, er dahingehend, den Pfad, den die Energiekollektoranordnung
laufen wird, durch dieses Schaltelement von der Geradeaus-Stromleitung
zu einer anderen Stromleitung umzuschalten, die von der Geradeaus-Stromleitung
abzweigt. Um noch auf das Schaltelement mit einem Solenoid Bezug
zu nehmen, wie er in dem Patent Nr. 5,390,772 beschrieben ist, greift
er, falls die Energiekollektoranordnung durch dieses Schaltelement
läuft,
in einen Deflektorarm ein, der mechanisch das Schaltelement zurücksetzt,
um einen Lauf dort hindurch in einen geraden Pfad zu ermöglichen.
Demzufolge muss das nächste
Oberleitungsfahrzeug, das wünscht,
durch dieses Schaltelement auf der Geradeaus-Stromleitung fortzufahren,
dies ohne das Erfordernis für
irgendein Umschalten des Pfads vornehmen.
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Verschiedene andere Schaltelemente
sind so konfiguriert, dass, wenn der Solenoid erregt wird, die Energiekollektoranordnung
geradeaus durch dieses Schaltelement auf der Geradeaus-Stromleitung laufen
wird. Die Energiekollektoranordnung greift dann, falls sie durch
diesen Typ eines Schaltelementes läuft, in den Deflektorarm ein,
der mechanisch das Schaltelement zurücksetzt, um einen Lauf dort hindurch
von der Geradeaus-Stromleitung zu einer nach links oder nach rechts
abzweigenden Stromleitung zu ermöglichen.
Das nächste
Oberleitungsfahrzeug, das wünscht, über das
Schaltelement auf der Geradeaus-Stromleitung fortzufahren, muss
dann den Solenoid erregen, um den Pfad umzuschalten.
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Bestimmte andere Typen von Schaltelementen
setzen sich allerdings nicht mechanisch zurück und müssen über einen separaten Solenoid
zurückgesetzt
werden. Diese Typen von Schaltelementen enthalten demzufolge zwei
Solenoide. Wenn ein Solenoid des Schaltelementes, der mit zwei Solenoiden ausgestattet
ist, erregt wird, wirkt er so, um den Pfad umzuschalten, den die
Energiekollektoranordnung von der Geradeaus-Stromleitung zu einer
der Stromleitungen, die davon abzweigen, laufen wird. Wenn der andere
Solenoid des Schaltelementes mit zwei Solenoiden erregt wird, wirkt
er so, um den Pfad, den die Energiekollektoranordnung zurück zu der
Geradeaus-Stromleitung laufen wird, umzuschalten. Demzufolge kann
das nächste
Oberleitungsfahrzeug, das wünscht,
durch das Schaltelement mit zwei Solenoiden fortzuschreiten, erfordern,
den Pfad umzuschalten, um so sicherzustellen, dass er in der Richtung, die
er beabsichtigt, fortschreiten wird. Die vorliegende Erfindung ist
zum Steuern der Betriebsweise eines Stangenstromabnehmerschalters
bzw. Trolley-Pole-Umschalters vorgesehen, wobei kein Hinweis auf
die vorstehend erwähnten
Typen von einem Schaltelement (von Schaltelementen) an einer gegebenen
Verbindung divergierender Stromleitungen verwendet wird.
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Der Stangenstromabnehmerschalter
verändert
den Laufweg, den die Energiekollektoranordnung dort hindurch nimmt,
in Abhängigkeit
von Befehlen, die von einer Steuereinheit empfangen werden. Wie
in größerem Detail
in den folgenden Absätzen
beschrieben wird, steuert die Steuereinheit die Betriebsweise des
Stangenstromabnehmerschalters durch Erregen der Schaltelement-Solenoide.
In der Nähe
des Stangenstromabnehmerschalters angeordnet empfängt die
Steuereinheit Signale von einem Sender bzw. Übertrager, der auf einem Oberleitungsfahrzeug
angeordnet ist. Die übertragenen
Signale sind für
eine Anforderung für
die Energiekollektoranordnung Indikativ, über den Stangenstromabnehmerschalter
in einem geraden Pfad oder die Richtung ändernd über ihn auf entweder einem
rechten Pfad oder einem linken Pfad fortzuschreiten. Die übertragenen Signale
werden in der Frequenz moduliert, die eine Ruhefrequenz besitzen,
die bei 9,2 kHz für
eine Linkskurve, bei 11,5 kHz, um geradeaus fortzuschreiten, und
bei 14,0 kHz für
eine rechte Kurve zentriert sind. Wenn sich ein Oberleitungsfahrzeug
einer Ver zweigung divergierender Stromleitungen nähert, wählt ein
Fahrer in einem Oberleitungsfahrzeug die Fahrtroute aus, die das
Oberleitungsfahrzeug an der näherkommenden
Verzweigung bzw. Kreuzung nehmen soll. Die Fahrtroute wird über Hebel
oder ähnliche
Anordnungen, die in einem Führerstand
des Oberleitungsfahrzeugs angeordnet sind, ausgewählt, über die
der linke, der rechte oder der gerade Pfad über die Verzweigung ausgewählt werden
können. Wenn
eine bestimmte Fahrtroute ausgewählt
wird, und seine entsprechende Einrichtung manipuliert wird, überträgt der Übertrager
auf dem Oberleitungsfahrzeug das geeignete Signal zu der Steuereinheit. Die
Steuereinheit empfängt
das Signal und erzeugt daraufhin ein Signal, um den geeigneten Solenoid auf
dem Stangenstromabnehmerschalter, der an der ankommenden Verzweigung
gelegen ist, zu erregen. Der Solenoid wirkt dann auf bestimmte Elemente
des Schaltelementes ein, um den Pfad, den die Energiekollektoranordnung über den
Stangenstromabnehmerschalter nehmen wird, umzuschalten. Das Oberleitungsfahrzeug
schreitet dann über
die Verzweigung auf seiner ausgewählten Fahrtroute fort.
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Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheiten
sind in weit verbreiteter Verwendung in der Beförderungsindustrie für mehrere
Jahre vor der vorliegenden Erfindung gewesen. Die typische Steuereinheit
umfasst eine Funkbaugruppe und gewöhnlich eine Energieversorgungsbaugruppe.
Die Funkbaugruppe umfasst einen Schaltkreis zum Empfangen und Verarbeiten
der ankommenden, modulierten Signale, um so Zwischen-Befehlssignale zu
erzeugen, von denen jedes für
einen Befehl Indikativ ist, um Energie zu einem geeigneten Schaltelement-Solenoid zuzuführen. Die
Energieversorgungsbaugruppe umfasst einen Energieschaltkreis zum
Herunterstufen der Spannung, um so die Funkbaugruppe mit Energie
zu versorgen ebenso wie Energie zu den Schaltelement-Solenoiden zuzuführen. In
Abhängigkeit
jedes der drei Befehlssignale, die von der Funkbaugruppe empfangen
sind, wird der Strom durch einen geeigneten Transistor so geschaltet,
dass die Oberleitungsspannung von der Stromleitung hindurchführt, um
den geeigneten Solenoid zu erregen. Der Solenoid zwingt dann die
bestimmten Schaltelemente, den Pfad umzuschalten, den die Energiekollektoranordnung über den
Stangenstromabnehmerschalter nehmen wird.
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Für
solche besonderen Steuereinheiten nach dem Stand der Technik, die
keine Energieversorgungsbaugruppe umfassen, umfasst die Steuereinheit
nur die Funkbaugruppe und einen dazugehörigen Energie-Versorgungsschaltkreis
zum Herunterstufen der Spannung, um so die Funkbaugruppe mit Energie
zu versorgen. Die Funkbaugruppe umfasst noch einen Schaltkreis zum
Empfangen und Verarbeiten der ankommenden, modulierten Signale,
um so die Zwischen-Befehlssignale zu erzeugen. Die Zwischen-Befehlssignale werden
so dazu verwendet, separate, mechanische Relais mit einer hohen Spannungskapazität direkt
anzusteuern. Diese Relais führen,
wenn sie direkt betätigt
werden, die hohe Spannung der Oberleitung hindurch, um den geeigneten
Solenoid des beabsichtigten Schaltelementes zu erregen. Der Solenoid
zwingt dann die bestimmten Schaltelemente, den Pfad umzuschalten,
den die Energiekollektoranordnung über den Stangenstromabnehmerschalter
nehmen wird.
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Die Steuereinheit nach dem Stand
der Technik enthält
eine herkömmliche
Technologie und zeigt deshalb die Nachteile, die dieser Technologie
eigen sind. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Steuereinheit nach
dem Stand der Technik oftmals die Schaltelement-Solenoide intermittierend aufgrund eines Störrauschens
nachteilig erregt, das von anderen Funkquellen entsteht. Zum Beispiel
sind Funkbaugruppen als zu empfindlich für die übertragenen Signale, die von
anderen sich nahe dazu befindlichen Oberleitungsfahrzeug-Transmittern
ausgehen, und/oder zu anfällig
für die
Harmonischen dieser übertragenen
Signale befunden worden. Ein solches "falsches Schalten" bzw. "False Tripping", wie es bezeichnet wird, falls es auftritt,
während
ein Oberleitungsfahrzeug über
eine Verzweigung passiert, kann bewirken, dass sich die Energiekollektoranordnung separiert
oder von der Oberleitung "abspringt". Ein Abspringen
sogar bei niedrigen Geschwindigkeiten kann eine signifikante Größe einer
Beschädigung
an dem Stangenstromabnehmerschalter der betroffenen Energiekollektoranordnung
und der Oberleitung, auf der sie läuft, hervorrufen.
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Die Erfahrung hat gezeigt, dass die
Energieversorgungsbaugruppe der Steuereinheit nach dem Stand der
Technik auch ihre Nachteile besitzt. Die Energieversorgungsbaugruppe
dient teilweise dazu, die 450 – 770
Volt Gleichspannung, die auf der Stromleitung vorhanden ist, auf
ein Niveau von 24 Volt Gleichspannung herunterzusetzen, die für einen Betrieb
der Funkbaugruppe erforderlich ist. Da der Schaltkreis auf der Energieversorgungsbaugruppe nach
dem Stand der Technik ungefähr
60 Watt in Form von Wärme
beim Heruntersetzen der Spannung verbraucht, erfordert das Gehäuse, in
der die Steuereinheit nach dem Stand der Technik untergebracht ist,
eine Ventilierung. Obwohl eine gewisse Wärme durch die Luft wegtransportiert
wird, die durch die Ventilierung strömt, tendiert Feuchtigkeit, die
in der Luft mitgeführt
wird, dazu, auf dem Schaltkreis zu kondensieren. In Bezug auf die
Wärme und Feuchtigkeit
ist gezeigt worden, dass sie eine Oxidation der Komponententeile
auf der Steuereinheit fördert
und nachteilig die Betriebsweise beeinflusst.
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Um wiederum auf solche bestimmten
Steuereinheiten nach dem Stand der Technik Be zug zu nehmen, die
nur eine Funkbaugruppe und den dazugehörigen Versorgungsschaltkreis
umfassen, so hat die Erfahrung gezeigt, dass der Schaltkreis auf
solchen Funkbaugruppen und der Energie-Versorgungsschaltkreis oftmals
durch Stoßspannungen,
die an der Oberleitung entstehen, beschädigt werden. Diese Stoßspannungen
werden durch die Funkbaugruppe nach dem Stand der Technik über die
mechanischen Relais mit einer hohen Spannungskapazität geführt, mit
denen sich die Funkbaugruppen nach dem Stand der Technik direkt
verbinden.
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Die Funkbaugruppen der Steuereinheiten nach
dem Stand der Technik sind dahin geprüft worden, dass sie sehr anfällig gegen
kalte Temperaturen sind. Heizelemente oder eine Isolation sind verwendet
worden, um eine geeignete Betriebsweise in kalten Wetterklimazonen
sicherzustellen. Andere Nachteile beziehen sich auf die Zuverlässigkeit,
die Größe und die
Kosten der mechanischen Elemente, die bei der Steuereinheit nach
dem Stand der Technik verwendet sind.
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In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung primär als ein Ersatz für die Funkbaugruppe
nach dem Stand der Technik vorgesehen, die innerhalb solcher Steuereinheiten
nach dem Stand der Technik enthalten sind, die nur eine Funkbaugruppe
und den dazugehörigen Energie-Versorgungsschaltkreis
umfassen. In einer zweiten Ausführungsform
kann die vorliegende Erfindung auch als ein Ersatz für die Signalverarbeitungseinheit
verwendet werden, die in der
DE 197 18 388 A1 beschrieben ist.
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Die vorliegende Erfindung liefert
einen Vorteil gegenüber
Funkbaugruppen nach dem Stand der Technik in verschiedener Hinsicht.
Erstens unterscheidet die vorliegende Erfindung genauer die modulierten
Signale, die von den Oberleitungsfahrzeug-Sendern bzw. -Transmittern
empfangen sind, gegenüber
dem unerwünschten
Rauschen. Dies eliminiert ein falsches Schalten der Schaltelement-Solenoide,
was durch Funkbaugruppen nach dem Stand der Technik verursacht wird,
die Signale von Quellen aufnehmen, die anders sind als das vorgesehene
Oberleitungsfahrzeug. Zweitens führt
die vorliegende Erfindung auch eine Feinabstimmungseinstellung aus,
die einem Techniker ermöglicht,
den Empfangsbereich und die Sensitivität der Vorrichtung einzustellen,
um Variationen den Feldbedingungen anzupassen. Drittens steuert
die vorliegende Erfindung zuverlässiger
die Energie, die von dem Energie-Versorgungsschaltkreis aufgenommen
ist, der auf der Steuereinheit nach dem Stand der Technik verbleibt, um
so die vorliegende Erfindung mit einer geschützten und regulierten Energiequelle
zu versorgen, um dieselbe zu betreiben. Viertens arbeitet die vorliegende
Erfindung abhängig über einen weiten
Bereich von Temperaturen ohne ein Erfordernis von Heizelementen
oder einer thermischen Isolation. Diese und andere Vorteile favorisieren
die vorliegende Erfindung gegenüber
Funkbaugruppen nach dem Stand der Technik im Hinblick auf Kosten,
Raum und Zuverlässigkeit.
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Die
DE 691 05 499 T2 offenbart ein Stromversorgungssystem
für elektrisch
angetriebene Geräte
und Schalter dafür.
Unter elektrisch angetriebenen Geräten werden in dieser Schrift
vor allem Grubenfahrzeuge verstanden. Die Schrift beschäftigt sich
vor allem mit der mechanischen Ausgestaltung eines Fahrgestells
4 und
einer Fahrspur
5 die einen mechanisch verschiebbaren elektrischen
Kontakt darstellen. In der Fahrspur sind verschiedene Weichen angeordnet.
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Die
FR 2 534 199 A1 offenbart eine Weiche für Oberleitungen
zur elektrischen Versorgung von Trolley-Busen. Diese Weiche wird
bei der Abzweigung einer Oberleitung angeordnet und besteht aus drei
aufgehängten
Vorrichtungen nämlich
zwei ähnliche
Weichen und eine Kreuzung. Jede Weichenvorrichtung umfasst im Inneren
eines Gehäuses
einen Elektromagneten und Kuppelstangen um ein Profilstück, das
drehbar unterhalb des Gehäuses
gelagert ist zwischen zwei Positionen hin- und herzubewegen. Eine
Position führt
die Oberleitung in Geradeausrichtung weiter die andere führt zur
abzweigenden Oberleitung.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es,
eine Signalverarbeitungseinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit
zu schaffen, die gültige Eingangssignale
von Störsignalen
unterscheidet, die von anderen Funkquellen entstehen, um dadurch
die Wahrscheinlichkeit eines falschen Schattens der Stangenstromabnehmer-Schalt-Solenoide
und die daraus resultierenden Beschädigungen zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand
des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ist es, eine Signalverarbeitungseinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit
zu schaffen, die eine Feinabstimmungseinstellung umfasst, die einem Techniker
ermöglicht,
die Verstärkung
und Empfindlichkeit der Signalverarbeitungseinheit einzustellen, um
Variationen in der Umgebung, in der die Schaltelement-Steuereinheit
arbeitet, anzupassen.
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Ein anderer Vorteil der Erfindung
ist es, eine Signalverarbeitungseinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit
zu schaffen, die Phasenverriegelungs-Demodulatoren, einen Signalstärke-Erfassungsschaltkreis
und einen Modulationsfehler-Erfassungsschaltkreis
umfasst, so dass die Steuereinheit zuverlässig und akkurat gültige Eingangssignale
erkennt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ist es, eine Signalverarbeitungseinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit
zu schaffen, die einen Zeitgeberschaltkreis zum automatischen Entregen des
Stangenstromabnehmer-Schalt-Solenoids nach einer vorab eingestellten
Zeitdauer umfasst, falls die Signalverarbeitungseinheit kontinuierlich
ein gültiges Eingangssignal
empfängt.
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Ein anderer Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Signalverarbeitungseinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit
zu schaffen, die zum Betrieb innerhalb verschiedener Umgebungen,
wo die Temperatur von -40° bis
70° Celsius
erreichen kann, geeignet ist.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Signalverarbeitungseinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit
zu schaffen, die zuverlässiger,
kostengünstiger
ist und weniger Raum als Funkbaugruppen nach dem Stand der Technik
von Schaltelement-Steuereinheiten nach dem Stand der Technik beansprucht.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ist es, eine Signalverarbeitungseinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit
zu schaffen, die primär durch
eine Halbleitertechnologie ausgeführt ist, im Gegensatz zu einer
traditionellen, mechanischen Komponentenbauweise.
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Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Signalverarbeitungseinheit zu schaffen, die
mit einem Energie-Versorgungsschaltkreis nach dem Stand der Technik
kompatibel ist und deshalb gegen eine Funkbaugruppe nach dem Stand der
Technik einer Schaltelement-Steuereinheit nach dem Stand der Technik
substituiert werden kann.
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Ein anderer Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Signalverarbeitungseinheit zum Erzeugen eines
Impulses zu schaffen, der letztendlich dazu verwendet werden kann,
um den geeigneten Schaltelement-Solenoid des Stangenstromabnehmerschalters
zu erregen, wobei die Dauer des Impulses so einstellbar ist, dass
in kälteren
Klimazonen, die bewirken, dass Stangenstromabnehmerschalter langsamer
arbeiten, um den Impuls von ausreichender Länge sicherzustellen, so dass
der Stangenstromabnehmerschalter vollständig die geeignete Einstellung
schaltet, und dass in wärmeren
Klimazonen, die bewirken, dass die Stangenstromabnehmerschalter
schneller arbeiten, der Impuls von ausreichender Kürze ist,
um sicherzustellen, dass die Schaltelement-Solenoide nicht überhitzen
und beschädigt
werden.
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1A zeigt
ein Blockdiagramm, das eine Signalverarbeitungseinheit, gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt, die mit dem Energie-Versorgungsschaltkreis einer Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit
nach dem Stand der Technik gekoppelt ist.
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1B zeigt
ein Blockdiagramm einer Eingangsstufe der Signalverarbeitungseinheit,
die in 1A dargestellt
ist.
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1C zeigt
ein Blockdiagramm einer Frequenz-Erfassungsstufe der Signalverarbeitungseinheit,
die in 1A dargestellt
ist.
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1D zeigt
ein Blockdiagramm einer Abbiege-Signal-Demodulationsstufe der Signalverarbeitungseinheit,
die in 1A dargestellt
ist.
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1E zeigt
ein Blockdiagramm einer Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe der
Signalverarbeitungseinheit, die in 1A dargestellt
ist.
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1F zeigt
ein Blockdiagramm einer Ausgabe-Stufe der Signalverarbeitungseinheit,
die in 1A dargestellt
ist.
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2A zeigt
eine schematische Darstellung einer Spannungswandlerstufe der Signalverarbeitungseinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2B zeigt
eine schematische Darstellung einer Signal-Eingangsstufe der Signalverarbeitungseinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2C zeigt
eine schematische Darstellung einer Frequenz-Erfassungsstufe der
Signalverarbeitungseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2D zeigt
eine schematische Darstellung einer Abbiege-Signal-Demodulationsstufe
der Signalverarbeitungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2E zeigt
eine schematische Darstellung einer Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe
der Signalverarbeitungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2F zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausgabestufe der Signalverarbeitungseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In der derzeit bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, die in 1A dargestellt ist,
setzt eine Signalverarbeitungseinheit 2 der vorliegenden
Erfindung innerhalb einer Steuereinheit 300 nach dem Stand
der Technik als ein Ersatz für
die Funkbaugruppe nach dem Stand der Technik, die zuvor innerhalb
der Steuereinheit 300 des Stands der Technik enthalten
war, ein. Mit Energie durch den Energie-Versorgungsschaltkreis 301,
der innerhalb der Steuereinheit 300 nach dem Stand der
Technik enthalten ist, versorgt, steuert die Signalverarbeitungseinheit 2 direkt
mechanische Relais (nicht dargestellt) für hohe Spannung zum Umschalten
der Energie zu den Schaltelement-Solenoiden eines Stangenstromabnehmerschalters.
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Die Signalverarbeitungseinheit 2 empfängt frequenzmodulierte
Signale, und zwar über
eine Antenne, von einem Sender, der auf einem Oberleitungsfahrzeug
angeordnet ist. Wie zuvor angesprochen ist, kann der Sender irgendeines
der drei in der Frequenz modulierten Signale übertragen. Ein frequenzmoduliertes
Geradeaus-Signal zeigt eine Anforderung an, den Laufpfad durch ein
Schaltelement bzw. ein Kreuzherzstück so umzuschalten, dass eine Energiekollektoranordnung
geradeaus dort hindurch auf einem Stromleitungsstrang in einem geraden Pfad
läuft.
Ein frequenzmoduliertes Links-Abbiege-Signal
zeigt eine Anforderung an, den Laufpfad so umzuschalten, dass eine
Energiekollektoranordnung von der Geradeaus-Stromleitung zu einem
Strang zu einer linken Richtung hin läuft. In ähnlicher Weise zeigt ein frequenzmoduliertes
Rechts-Abbiege-Signal
eine Anforderung an, den Laufpfad so umzuschalten, dass eine Energiekollektoranordnung
von der Geradeaus-Stromleitung zu einem Strang zu einer rechten
Richtung hin läuft.
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Die Frequenz jedes modulierten Signals
liegt innerhalb eines Bands aus Frequenzen, das durch den Schaltkreisaufbau
des Senders bestimmt ist. Dieses vorbestimmte Band erstreckt sich
ungefähr von
8,8 kHz bis 14,9 kHz. Genauer gesagt besitzt das frequenz modulierte
Links-Abbiege-Signal seine Ruhe- bzw. Mittenfrequenz bei 9,2 kHz
zentriert, die zwischen einem vorab eingestellten Bereich von 8,8
kHz bis 9,5 kHz aufgrund des Links-Abbiege-Modulationssignal, das
es trägt,
variiert. Das frequenzmodulierte Geradeaus-Signal besitzt seine
Ruhefrequenz bei 11,5 kHz zentriert, die zwischen einem vorab eingestellten
Bereich von 11,1 kHz bis 11,95 kHz aufgrund des Geradeaus-Modulationssignals,
das es trägt,
variiert. In ähnlicher
Weise besitzt das in der Frequenz modulierte Rechts-Abbiege-Signal
seine Ruhefrequenz bei 14 kHz zentriert, die sich zwischen einem
vorab eingestellten Bereich von 13,4 kHz bis 14,6 kHz aufgrund des
Rechts-Abbiege-Modulationssignals, das es trägt, variiert. Diese sind modulierte Signale,
deren Frequenzen innerhalb des vorbestimmten Bands liegen, die die
Signalverarbeitungseinrichtung 2 erfassen und verarbeiten
muss.
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Die Signalverarbeitungseinheit 2 verarbeitet die
frequenzmodulierten Signale über
verschiedene Stufen, um schließlich
Zwischenbefehlssignale zu erzeugen, um die mechanischen Hochspannungs-Relais
zu erregen, über
die Energie zu den Schaltelement-Solenoiden
der verschiedenen Stangenstromabnehmerschalter umgeschaltet wird.
Genauer gesagt erzeugt die Signalverarbeitungseinheit 2 ein Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal in
Abhängigkeit von
dem frequenzmodulierten Geradeaus-Signal.
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Über
das Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal erregt sich das Geradeaus-Hochspannungs-Relais,
um dadurch Energie zu einem Geradeaus- Schaltelement-Solenoid zuzuführen. Wenn
der Geradeaus-Solenoid erregt ist, wirkt er auf bestimmte Elemente
innerhalb des Schaltelementes ein, um den Laufpfad, den die Energiekollektoranordnung über das
Schaltelement nehmen wird, zu der Geradeaus-Stromleitung umzuschalten.
Die Signalverarbeitungseinheit 2 erzeugt in ähnlicher
Weise ein Zwischen-Abbiege-Befehlssignal
in Abhängigkeit
des frequenzmodulierten Abbiege-Signals. Über das Zwischen-Abbiege-Befehlssignal
erregt sich das Abbiege-Hochspannungs-Relais, um dadurch Energie
zu einem Abbiege- Schaltelement-Solenoid zuzuführen. Der Abbiege-Solenoid wirkt, wenn
er erregt ist, auf bestimmte Elemente innerhalb dieses Schaltelementes
ein, um den Laufpfad umzuschalten, den die Energiekollektoranordnung über das
Schaltelement zu der Abbiege-Stromleitung nehmen wird.
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Wie nun die 1A und B zeigen,
umfasst die Signalverarbeitungseinheit 2 eine Spannungswandlerstufe 4,
eine Signal-Eingangsstufe 5, eine Frequenz-Erfassungsstufe 6,
eine Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7, eine Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 und
eine Ausgabestufe 9.
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Die Spannungswandlerstufe 4 empfängt von dem
Energie-Versorgungsschaltkreis 301 nach dem Stand der Technik
eine Eingangsspannung von 24 Volt DC, wie dies in 2A dargestellt ist. Die Spannungswandlerstufe 4 reduziert
die 24 Volt DC Eingabe auf 15 Volt DC und reguliert dieselbe. Jede
der anderen Stufen der Signalverarbeitungseinheit 2 verwendet
die 15 Volt DC inern, um ihren Betrieb mit Energie zu versorgen.
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Wie in den 1B und 2B dargestellt
ist, filtert, verstärkt
und formt die Signal-Eingangsstufe jedes modulierte Signal, das
von der Antenne empfangen ist, und gibt ein aufbereitetes, moduliertes
Signal in Abhängigkeit
davon aus. Zum Zwecke der Klarheit erzeugt die Signal-Eingangsstufe 5 ein
aufbereitetes, moduliertes Geradeaus-Signal in Abhängigkeit
von dem in der Frequenz modulierten Geradeaus-Signal. In ähnlicher
Weise erzeugt die Signal-Eingangsstufe 5 ein aufbereitetes,
moduliertes Links- und ein aufbereitetes, moduliertes Rechts-Abbiege-Signal
jeweils in Abhängigkeit
des modulierten Linksund des modulierten Rechts-Abbiege-Signals,
das von der Antenne empfangen ist.
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Die Signal-Eingangsstufe 5 umfasst
einen Bandpass-Filterschaltkreis 50, einen Isolationsschaltkreis 51,
einen Verstärkungs-Einstellschaltkreis 52,
einen Bandpassverstärkerschaltkreis 53 und
einen ersten Signalformungsschaltkreis 54. Der Bandpass-Filterschaltkreis 50 filtert
jedes der eingegebenen, frequenzmodulierten Signale, die von der Antenne
empfangen sind, so dass Frequenzen außerhalb des vorbestimmten Bands
im wesentlichen gedämpft
werden und Frequenzen innerhalb des vorbestimmten Bands ermöglicht wird,
dort hindurchzuführen.
Ein gefiltertes, moduliertes Signal tritt aus dem Bandpass-Filterschaltkreis 50 für jedes
frequenzmodulierte Signal aus, die an der Signaleingangsstufe 5 empfangen
sind. Das vorbestimmte Band aus Frequenzen, dem ermöglicht wird,
durch den Bandpass-Filterschaltkreis 50 hindurchzuführen, reicht
von ungefähr
8,8 kHz bis 14,9 kHz. Das gefilterte, modulierte Signal, das von
dem Bandpass-Filterschaltkreis 50 austritt,
führt dann
durch den Isolationsschaltkreis 51 hindurch. Der Isolationsschaltkreis 51 dient
dazu, den elektronischen Schaltkreis, der innerhalb der Signalverarbeitungseinheit 2 enthalten
ist, gegen unerwünschte
elektrische Einflüsse zu
isolieren, die von einem anderen elektrischen Schaltkreis und der
Hochspannungs-Oberleitung entstehen.
Das gefilterte, modulierte Signal fließt dann durch den Verstärkungs-Einstellschaltkreis 52 hindurch.
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Der Verstärkungs-Einstellschaltkreis 52 ermöglicht,
dass die Empfindlichkeit der Signal-Eingangsstufe 5 eingestellt
wird. Genauer gesagt umfasst der Verstärkungs-Einstellschaltkreis 52 einen variablen
Widerstand RP1, wie dies in den 1B und 2B dargestellt ist. Auf die
Herstellung der Signalverarbeitungseinheit 2 folgend kann
ein Anlagen techniker den RP1 dazu verwenden, die Signaleingangsstufe 5 zu
kalibrieren, und demzufolge die Signalverarbeitungseinheit 2,
um am besten auf die modulierten Signale anzusprechen, die von dem
Oberleitungsfahrzeug gesendet sind. Die anfängliche Kalibrierung der Signaleingangsstufe 5 wird
allerdings gewöhnlich
unter den nahezu idealen Testbedingungen der Herstellfabrik durchgeführt. Allerdings
wird die Signalverarbeitungseinheit 2 vorzugsweise so hergestellt,
dass RP1 für
Techniker an dem Einsatzort zugänglich
ist. Über
die Einstellung des RP1 kann ein Anlagentechniker die Signaleingangsstufe 5 fein abstimmen,
um Variationen in der Stärke
der gesendeten Signale anzupassen, die typischerweise unter Einsatzbedingungen
vorgefunden werden.
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Der Bandpassverstärkerschaltkreis 53 verstärkt das
gefilterte, modulierte Signal, das von dem Verstärkungseinstelleinrichtungsschaltkreis 52 empfangen
ist, so dass Frequenzen innerhalb des vorbestimmten Bands ermöglicht wird,
dort hindurch mit einem im wesentlichen gleichförmigen Ansprechverhalten hindurchzuführen. Ein
verstärktes,
moduliertes Signal tritt von dem Bandpassverstärkerschaltkreis 53 für jedes
der gefilterten, modulierten Signale aus, die von dem Verstärkungs-Einstellschaltkreis 52 empfangen
sind. Ähnlich
dem Bandpass-Filterschaltkreis 50 reicht das vorbestimmte
Band an Frequenzen, die durch den Bandpassverstärkerschaltkreis 53 hindurchführbar sind,
von ungefähr
8,8 kHz bis 14,9 kHz.
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Das verstärkte, modulierte Signal durchläuft dann
den ersten Signalformungsschaltkreis 54 der Signaleingangsstufe 5.
Der erste Signalformungsschaltkreis 54 verbessert den Zustand
des verstärkten,
modulierten Signals so, dass seine Amplitude konstant ist und seine
Wellenflanken weiche, steile Übergänge zeigen.
Er schafft auch einen gewissen Grad einer Filterung. Der erste Signalformungsschaltkreis 54 liefert
deshalb die angemessene Amplitudenbegrenzung des verstärkten, modulierten
Signals, bevor er es, als das aufbereitete, modulierte Signal zu
jeder der Frequenz-Erfassungs- 6, der Abbiege-Signal-Demodulations- 7,
der Geradeaus-Signal-Demodulations- 8 Stufen der Signalverarbeitungseinheit 2 hindurchführt.
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Wie nun die 1C und 2C zeigen,
erfasst die Frequenz-Erfassungsstufe 6 der Signalverarbeitungseinheit 2,
ob die Frequenz des aufbereiteten, modulierten Signals, das von
der Signaleingangsstufe 5 empfangen ist, innerhalb des
vorbestimmten Bands an Frequenzen fällt. Falls dies der Fall ist,
erzeugt die Frequenz-Erfassungsstufe 6 ein Gültigkeitssignal
in Abhängigkeit
davon. Das Gültigkeitssignal
zeigt an, dass das aufbereitete, modulierte Signal, und demzufolge
das modulierte Signal, das von der Antenne empfangen ist, ein solches
ist, das entweder die Abbiege-Signal- oder die Geradeaus-Signal- Demodulationsstufen 7, 8 demodulieren
kann. Das Gültigkeitssignal
dient demzufolge dazu, zu ermöglichen,
dass entweder die Abbiege- oder die Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 7, 8 in
Abhängigkeit
des aufbereiteten, modulierten Abbiege- und Geradeaus-Signals jeweils
arbeiten.
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Die Frequenz-Erfassungsstufe 6 umfasst
einen ersten Schaltkreis 61 mit phasenverriegelter Schleife
und einen ersten Pegelkomparatorschaltkreis 62, wie dies
in den 1A und 2C dargestellt ist. Der erste
Schaltkreis 61 mit phasenverriegelter Schleife umfasst
einen PLL-Chip oder einen ähnlichen
Schaltkreis 63 und einen variablen Widerstand RP5. Der
variable Widerstand RP5 ermöglicht
eine Einstellung des vorbestimmten Bands an Frequenzen, das durch
den ersten Schaltkreis 61 mit phasenverriegelter Schleife
erfassbar ist. Der erste Pegelkomparatorschaltkreis 62 umfasst
zwei Komparatoren 64 und 65, einen Widerstand
R40, einen Kondensator C24 und Widerstände R41 bis R43.
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Der erste Schaltkreis 61 mit
phasenverriegelter Schleife empfängt
seinen Eingang von dem ersten Signalformungsschaltkreis 54 der
Signaleingangsstufe 5. Unter Annahme natürlich, dass
der Eingang von ausreichender Stärke
ist, wird sich der erste Schaltkreis 61 mit phasenverriegelter
Schleife auf das ankommende, aufbereitete, modulierte Signal verriegeln,
falls seine Frequenz innerhalb des vorbestimmten Bands aus Frequenzen
liegt. Eingestellt als eine Frequenz zu dem Spannungswandler ist
der Ausgang des ersten Schaltkreises 61 mit phasenverriegelter
Schleife eine Rechteckwelle, deren Frequenz diejenige des aufbereiteten,
modulierten Signals ist und deren Amplitude zu irgendeinem gegebenen
Zeitpunkt für
die momentane Frequenz des aufbereiteten, modulierten Signals repräsentativ
ist. Vor dem Durchgang des Rechteckwellensignals in den ersten Pegelkomparatorschaltkreis 62 dienen der
Widerstand R40 und der Kondensator C24 als ein Filter, um ein Wellen
zu unterdrücken,
ohne die DC-Komponente des Signals zu beeinflussen. Unter Bildung
der Zeitkonstanten eines Widerstands-Kapazitäts-Schaltkreises bestimmen die Werte von
R40 und C24 auch, wie lange das Eingangssignal an dem Eingang des
ersten Schaltkreises 61 mit phasenverriegelter Schleife
zum Führen
zu dem Rechteckwellensignal vorhanden sein muss, damit es durch
den ersten Pegelkomparatorschaltkreis 62 erkennbar wird.
Falls das aufbereitete, modulierte Signal an diesem Eingang für eine ausreichende
Zeitdauer vorhanden ist, wird der erste Schaltkreis 61 mit
phasenverriegelter Schleife eine Rechteckwelle produzieren, die
genug Energie trägt,
um den Kondensator C24 aufzuladen, so dass der erste Pegelkomparatorschaltkreis 62 die
Amplitude des Rechteckwellensignals analysieren kann.
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Der erste Pegelkomparatorschaltkreis 62 empfängt das
Rechteckwellensignal von dem ersten Schaltkreis 61 mit
phasenverriegelter Schleife. Die Widerstände R41 und R43 werden so ausgewählt, dass
der erste Pegelkomparatorschaltkreis 62 ein Gültigkeitssignal
erzeugen wird, d.h. ein logisch hohes Signal, falls die Amplitude
der Rechteckwelle eine Frequenz darstellt, deren Wert zwischen den oberen
und unteren Frequenzen, den Grenzen des vorbestimmten Bands liegt.
Falls die Amplitude der Rechteckwelle eine Frequenz darstellt, deren
Wert außerhalb
des vorbestimmten Bands liegt, dann führt der erste Pegelkomparatorschaltkreis 62 kein
Ausgabesignal zu.
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Die Widerstände R41 und R43 stellen demzufolge
jeweils den oberen und den unteren Spannungsschwellwert für den ersten
Pegelkomparatorschaltkreis 62 ein, während der Widerstand R42 den Mittelpunkt
zwischen den Schwellwerten einstellt. Genauer gesagt wird der Widerstand
R41 so ausgewählt,
dass der Komparator 64 die Rechteckwelle erkennt, wenn
seine Amplitude eine Frequenz niedriger als die obere Grenze des
vorbestimmten Bands darstellt. In ähnlicher Weise wird der Widerstand
R43 so ausgewählt,
dass der Komparator 65 die Rechteckwelle erkennt, wenn
seine Amplitude eine Frequenz höher
als die untere Grenze des vorbestimmten Bands darstellt. Wenn die
Amplitude der Rechteckwelle innerhalb des oberen und des unteren
Spannungsschwellwerts des ersten Pegelkomparatorschaltkreises 62 fällt, führt der
erste Pegelkomparatorschaltkreis 62 das Gültigkeitssignal
zu sowohl der Abbiege-Signal- als auch der Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 7 und 8 zu.
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Es sollte ersichtlich werden, dass
der erste Schaltkreis 61 mit phasenverriegelter Schleife
nicht in der Lage sein wird, sich auf das ankommende, aufbereitete,
modulierte Eingangssignal zu verriegeln, falls seine Frequenz außerhalb
des vorbestimmten Bands an Frequenzen liegt. Ohne ein gültiges,
ankommendes, aufbereitetes, moduliertes Signal, um es zu verarbeiten,
wird die Frequenz-Erfassungsstufe 6 kein Gültigkeitssignal
erzeugen und weder die Abbiege-Signal- noch die Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 7 und 8 werden
freigegeben werden, um zu arbeiten. Die Frequenz-Erfassungsstufe 6 bestimmt
lediglich, ob die Frequenz des ankommenden Signals innerhalb des
vorbestimmten Bands liegt. Die Frequenz-Erfassungsstufe 6 unterscheidet
weder, ob das ankommende, modulierte Signal eine Geradeaus-Links-Abbiege-
oder Rechts-Abbiege-Anfordenang
darstellt, noch demoduliert sie dasselbe.
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Jede Signalverarbeitungseinheit 2 umfasst sowohl
eine Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 7 als auch eine
Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8. Wie zuvor angedeutet
ist, wird die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7, die
hier vorgesehen ist, so aufgebaut, um entweder ein moduliertes Links-Abbiege-Signal
oder ein moduliertes Rechts-Abbiege-Signal zu demodulieren. Unter
der gegebenen Lehre hier, könnte
allerdings ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet eine solche konstruieren,
die zum Demodulieren beider Abbiege-Signale in der Lage ist. Ein
solcher Aufbau liegt deshalb innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden
Erfindung. Dennoch wird bei einem solchen Aufbau die Signalverarbeitungseinheit 2,
die hier vorgesehen ist, vorzugsweise so eingestellt, um entweder die
Geradeaus- und die Links-Abbiege-Anforderungen oder die Geradeaus-
und die Rechts-Abbiege-Anforderungen zu verarbeiten.
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Welches Paar von Anforderungen auch
immer in Bezug auf die eine gegebene Signalverarbeitungseinheit
eingestellt wird, um sie zu verarbeiten, muss der Schaltkreis mit
phasenverriegelter Schleife der Demodulationsstufen jeweils vorab
eingestellt werden, um den geeigneten Bereich an Frequenzen zu erfassen.
Die vorab eingestellten Frequenzbereiche müssen natürlich solche anpassen, die
durch die Sender, die an den Oberleitungsfahrzeugen vorhanden sind,
verwendet werden. Für
eine Signalverarbeitungseinheit, die so eingestellt ist, um Links-Abbiege-
und Geradeaus-Anforderungen zu verarbeiten, liegen die vorab eingestellten
Bereiche an Frequenzen für
die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe und
die Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe innerhalb von 8,8 kHz bis
9,5 kHz und 11,1 kHz bis 11,95 kHz jeweils. Ähnlich liegen für eine Signalverarbeitungseinheit,
die so eingestellt ist, um Geradeaus- und Rechts-Abbiege-Anforderungen zu
verarbeiten, die vorab eingestellten Bereiche an Frequenzen für die Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe und
die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe innerhalb von 11,1 kHz bis
11,95 kHz und 13,4 kHz bis 14,6 kHz jeweils. Jede Demodulationsstufe
wird demzufolge so abgestimmt, um einen unterschiedlich engen, vorab
eingestellten Bereich an Frequenzen zu erfassen, und dies stellt
sicher, dass eine Demodulationsstufe nicht auf ein moduliertes Signal,
das für
eine andere Demodulationsstufe vorgesehen ist, ansprechen wird.
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Wie die 1D, 2D und 2E zeigen,
umfassen die Abbiege- und Geradeaus-Signal-Demodulationsstufen 7 und 8 jeweils
einen Schaltkreis mit phasenverriegelter Schleife, einen Filterschaltkreis,
einen Signalformungsschaltkreis und einen Pegelkomparatorschaltkreis.
Es wird nun allerdings zuerst die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7,
die in den 1D und 2D, dargestellt ist, betrachtet.
Spezifisch umfasst die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 einen
Schalter SW1, einen zweiten Schaltkreis 71 mit phasenverriegelter
Schleife, einen zweiten Tiefpassfilterschaltkreis 72, einen
zweiten Signalformungsschaltkreis 73 und einen zweiten
Pegelkomparatorschaltkreis 74.
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Eine gegebene Signalverarbeitungseinheit wird über den
SW1 der Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 so
eingestellt, um entweder geradeaus und rechts modulierte Signale
oder geradeaus und links modulierte Signale zu erkennen. Primär wird, unter
Beeinflussung des zweiten Schaltkreises 71 mit phasenverriegelter
Schleife, wenn der Schalter SW1 nach links umgeschaltet wird, wie
dies angezeigt ist, die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 so abgestimmt,
dass sie nur auf ein aufbereitetes, moduliertes Links-Abbiege-Signal
ansprechen wird. Wenn der Schalter SW1 nach rechts umgeschaltet
wird, wird die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 so abgestimmt,
dass sie nur auf ein aufbereitetes, moduliertes Rechts-Abbiege-Signal
ansprechend wird. Die Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 wird,
wie nachfolgend erläutert
ist, so abgestimmt, dass sie nur auf ein aufbereitetes, moduliertes
Geradeaus-Signal ansprechen wird.
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Als ein Demodulator eingestellt umfasst
der zweite Schaltkreis 71 mit phasenverriegelter Schleife einen
Schalter SW1, einen PLL-Chip oder ähnlichen Schaltkreis 75 und
variable Widerstände
RP2 und RP3. Wenn der Schalter SW1 in die linke Position, wie dies
in den 1D und 2D dargestellt ist, eingestellt
ist, wird die Signalverarbeitungseinheit 2 ein aufbereitetes,
moduliertes Links-Abbiege-Signal erfassen, dessen Frequenz bis zu
ungefähr
300 Hz oberhalb oder unterhalb einer Ruhe- bzw. Mittenfrequenz von
9,2 kHz in Abhängigkeit
von dem Links-Abbiege-Modulationssignal, das dadurch getragen wird,
variieren kann. Über
den variablen Widerstand RP2 kann die Mittenfrequenz, die durch
den zweiten Schaltkreis 71 mit phasenverriegelter Schleife
erfassbar ist, so eingestellt werden, um Variationen in der Umgebung
zu erfassen, in der die Signalverarbeitungseinheit verwendet wird.
Umgekehrt wird, falls der Schalter SW1 in die rechte Position eingestellt
wird, die Signalverarbeitungseinheit 2 ein aufbereitetes,
moduliertes Rechts-Abbiege-Signal
erfassen, dessen Frequenz bis zu ungefähr 600 Hz oberhalb oder unterhalb
einer Ruhefrequenz von 14 kHz variieren kann, und zwar in Abhängigkeit
von dem Rechts-Abbiege-Modulationssignal, das dadurch getragen wird.
Wie bei dem variablen Widerstand RP2 ermöglicht der variable Widerstand
RP3 einem Service-Techniker, die Mittenfrequenz einzustellen, die durch
den zweiten Schaltkreis 71 mit phasenverriegelter Schleife
erfaßt
ist, um die besonderen, umgebungsmäßigen Bedingungen, die vor
Ort vorhanden sind, anzupassen.
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In Bezug auf die Betriebsweise des
zweiten Schaltkreises 71 mit phasenverriegelter Schleife
wird Bezug auf 2D genommen.
Ob nun die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 so eingestellt
wird, um die Links- oder Rechts-Abbiege-Anforderung zu bearbeiten,
empfängt
der zweite Schaltkreis 71 mit phasenverriegelter Schleife
sowohl das aufbereitete, modulierte Abbiege-Signal von der Signal-Eingangsstufe 5 als
auch das Gül tigkeitssignal
von der Frequenz-Erfassungsstufe 6. In Abhängigkeit
dieser Eingaben gibt der zweite Schaltkreis 71 mit phasenverriegelter
Schleife ein Rechteckwellensignal aus, dessen Frequenz diejenige
des Abbiege-Modulationssignals ist, das durch das aufbereitete,
modulierte Abbiege-Signal getragen ist und dessen Amplitude Variationen
des Abbiege-Modulationssignals darstellt. Der zweite Schaltkreis 71 mit
phasenverriegelter Schleife wird nicht das Abbiege-Modulationssignal erfassen,
das durch das aufbereitete, modulierte Abbiege-Signal getragen ist,
falls die Frequenz des Abbiege-Modulationssignals zu hoch ist. Genauer
gesagt wird für
eine Abbiege-Signal-Demodulationsstufe, die so eingestellt ist,
um Links-Abbiege-Anforderungen zu verarbeiten, ein Links-Abbiege-Modulationssignal,
das ungefähr
300 Hz übersteigt,
nicht erfasst werden. Dies entspricht dem vorab eingestellten Bereich
an Frequenzen für
ein aufbereitetes, moduliertes Links-Abbiege-Signal von 8,8 kHz
bis 9,5 kHz. In ähnlicher
Weise wird für
eine Abbiege-Signal-Demodulationsstufe, die so eingestellt ist,
um Rechts-Abbiege-Anforderungen zu bearbeiten, ein Rechts-Abbiege-Modulations-Signal,
das ungefähr 600
Hz übersteigt,
nicht erfasst werden. Dies entspricht dem vorab eingestellten Bereich
an Frequenzen für
ein aufbereitetes, moduliertes Rechts-Abbiege-Signal von 13,4 kHz
bis 16,6 kHz.
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Begleitend das aufbereitete, modulierte
Abbiege-Signal von der Signaleingangsstufe 5 ist allerdings
ein bestimmter Betrag eines Störrauschens vorhanden.
Die Rechteckwelle, die den zweiten Schaltkreis 71 mit phasenverriegelter
Schleife verlässt,
führt demzufolge
durch den zweiten Tiefpassfilterschaltkreis 72 hindurch.
Repräsentiert
primär durch
einen Widerstand R17 und einen Kondensator C12 entfernt der zweite
Tiefpassfilterschaltkreis 72 unerwünschtes Rauschen von dem Rechteckwellensignal
derart, dass Frequenzen oberhalb einer vorab ausgewählten Frequenz
im wesentlichen gedämpft werden
und Frequenzen unterhalb der vorab ausgewählten Frequenz ermöglicht wird,
dort hindurchzuführen.
Die vorab ausgewählte
Frequenz entspricht dem vorab eingestellten Bereich an Frequenzen
für jedes
der Abbiege-Modulationssignale. Genauer gesagt filtert für eine Abbiege-Signal-Modulationsstufe, die
so eingestellt ist, um Links-Abbiege-Anforderungen zu verarbeiten,
der zweite Tiefpassfilterschaltkreis unerwünschte Frequenzen oberhalb
von ungefähr
300 Hz. In ähnlicher
Weise filtert für
eine Abbiege-Signal-Demodulationsstufe, die so eingestellt ist, um
Rechts-Abbiege-Anforderungen zu verarbeiten, der zweite Tiefpassfilterschaltkreis
unerwünschte Frequenzen
oberhalb ungefähr
600 Hz.
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Das gefilterte Rechteckwellensignal
führt dann
in den zweiten Signalformungsschaltkreis 73 der Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7.
Wie in 2D dargestellt
ist, umfasst der zweite Signalformungsschaltkreis 73 Kondensatoren
C13 und C14, einen Operations verstärker 76 und Widerstände R18 bis
R21. Der zweite Signalformungsschaltkreis 73 verbessert
den Zustand des gefilterten Rechteckwellensignals so, dass seine
Amplitude konstant ist und seine Wellenflanken glatte, steile Übergänge zeigen. Er
liefert auch einen Grad einer Filterung. Der zweite Signalformungsschaltkreis 73 liefert
demzufolge die erforderliche Amplitudenbegrenzung des Rechteckwellensignals
vor einem Hindurchführen
von diesem zu dem zweiten Pegelkomparatorschaltkreis 74.
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Der zweite Pegelkomparatorschaltkreis 74 umfasst
eine Gleichtichterdiode D6, einen Widerstand R22, einen Kondensator
C15 und einen Inverter 77. Die Dioden D5 und D7 werden
primär
zum Klemmen des Eingangs auf den zweiten Pegelkomparatorschaltkreis
74 zum Schutz eingesetzt. Unter Bildung der Zeitkonstanten eines
Widerstands-Kapazitäts-Schaltkreises
bestimmen die Werte von R22 und C15, wie lange das modulierte Abbiege-Signal an
dem Eingang des zweiten Schaltkreises 71 mit phasenverriegelter
Schleife für
das sich ergebende Rechteckwellensignal vorhanden sein muss, um durch
den zweiten Pegelkomparatorschaltkreis 74 erkannt zu werden.
Falls das aufbereitete, modulierte Abbiege-Signal an diesem Eingang
für eine
ausreichende Zeitdauer vorhanden ist, wird der zweite Schaltkreis 71 mit
phasenverriegelter Schleife eine Rechteckwelle produzieren, die
genug Energie führt, um
den Kondensator C15 so aufzuladen, dass der zweite Pegelkomparatorschaltkreis 74 die
Amplitude des Rechteckwellensignals analysieren kann.
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Wogegen der zweite Schaltkreis 71 mit
phasenverriegelter Schleife prüft,
ob die Frequenz des Abbiege-Modulationssignals zu hoch ist, prüft der zweite
Pegelkomparatorschaltkreis 74, ob es zu niedrig ist. Die
Frequenz des Modulationssignals muss dann zwischen einer oberen
Grenze, die durch den zweiten Schaltkreis 71 mit phasenverriegelter Schleife
eingestellt ist, und einer unteren Grenze, die durch den zweiten
Pegelkomparatorschaltkreis 74 eingestellt ist, liegen.
Wie für
die untere Grenze richtet die Diode D6 das ankommende Rechteckwellensignal
so gleich, um einen Referenz-DC-Pegel davon zur Eingabe in den Inverter 77 zu
bilden. Der Referenz-DC-Pegel ist natürlich eine Spannungsdarstellung
der Frequenz des Abbiege-Modulationssignals, die durch das aufbereitete,
modulierte Abbiege-Signal geführt
wird. Falls der Referenz-DC-Pegel ausreichend Energie trägt, um den
Kondensator C15 aufzuladen und den Aufbau im Schwellwert des Inverters 77 zu überwinden,
dann ist die Frequenz des Abbiege-Modulationssignals, das durch den Referenzpegel
dargestellt ist, hoch genug, um eine Aktivierung der Ausgangsstufe 9 zu
garantieren.
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Es folgt primär durch den zweiten Schaltkreis 71 mit
phasenverriegelter Schleife und dem zweiten Pegelkomparatorschaltkreis 74,
dass ein gültiges, ankommendes
Abbiege-Signal von
Störrauschen
unterschieden wird, das intermittierende Signale umfasst, die von
Sendern von anderen, weiter entfernten Oberleitungsfahrzeugen empfangen
sind. Funkbaugruppen nach dem Stand der Technik sind dahingehend
beurteilt worden, dass sie für
solche intermittierenden Signale anfällig sind, und zwar als Beweis eines
falschen Umschaltens der Schaltelement-Abbiege-Solenoide, wie dies
zum Stand der Technik angeführt
ist. Das Design der Signalverarbeitungseinheit 2 beseitigt
allerdings dieses Problem.
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Um sich der Betriebsweise der Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 zuzuwenden,
gibt, wenn ein Referenz-DC-Pegel einer ausreichend hohen Stärke empfangen
wird, der Inverter 77 ein logisch niedriges Signal aus.
Dieses logisch niedrige Signal zeigt an, dass ein gültiges,
moduliertes Abbiege-Signal empfangen und durch die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 verarbeitet
worden ist. Der Inverter 77 verstärkt etwas das logisch niedrige
Signal, bevor er es zu der Ausgangsstufe 9 hindurchführt, und steuert
auch eine der zwei Licht emittierenden Dioden (LEDs) oder ähnliche,
sichtbare Indikatoren an. Exakt hängt, welches LED angesteuert
wird, von der Einstellung des Schalters SW1 ab, wie dies zuvor beschrieben
ist. Falls SW1 in die linke Position eingestellt ist, dann wird
die linke LED 78 angeschaltet. Falls SW1 in die rechte
Position eingestellt ist, dann wird die rechte LED 79 angeschaltet.
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Es wird nun die Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8,
die in den 1E und 2E dargestellt ist, betrachtet.
Die Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 umfasst einen
dritten Schaltkreis 81 mit phasenverriegelter Schleife,
einen dritten Tiefpassfilterschaltkreis 82, einen dritten
Signalformungsschaltkreis 83 und einen dritten Pegelkomparatorschaltkreis 84.
Eingestellt als ein Demodulator umfasst der dritte Schaltkreis 81 mit
phasenverriegelter Schleife einen PLL-Chip oder einen ähnlichen
Schaltkreis 85 und einen variablen Widerstand RP4. Die
Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 wird ein aufbereitetes,
moduliertes Geradeaus-Signal erfassen, dessen Frequenz bis zu ungefähr 400 Hz
oberhalb oder unterhalb einer Ruhefrequenz von 11,5 kHz variieren kann,
und zwar in Abhängigkeit
von dem Geradeaus-Modulationssignal, das dadurch getragen wird. Wie
mit den variablen Widerständen
RP2 und RP3 der Abbiege-Signal-Demodulations-Stufe 7 ermöglicht der
variable Widerstand RP4 einem Techniker vor Ort, die Mittenfrequenz
einzustellen, die durch den dritten Schaltkreis 81 mit
phasenverriegelter Schleife erfassbar ist, um die bestimmten Umgebungsbedingungen
anzupassen, die vor Ort vorgefunden werden.
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In Bezug auf die Betriebsweise des
dritten Schaltkreises 81 mit phasenverriegelter Schleife empfängt der
dritte Schaltkreis 81 mit phasenverriegelter Schleife sowohl
das aufbereitete, modulierte Geradeaus-Signal von der Signaleingangsstufe 5 als auch
das Gültigkeitssignal
von der Frequenz-Erfassungsstufe 6. In Abhängigkeit
dieser Eingänge
gibt der dritte Schaltkreis 81 mit phasenverriegelter Schleife
ein Rechteckwellensignal aus, dessen Frequenz diejenige des Geradeaus-Modulationssignals ist,
das durch das aufbereitete, modulierte Geradeaus-Signal getragen
wird und dessen Amplitude Variationen dessen Geradeaus-Modulations-Signals darstellt.
Der dritte Schaltkreis 81 mit phasenverriegelter Schleife
wird nicht das Geradeaus-Modulationssignal erfassen, das durch das
aufbereitete, modulierte Geradeaus-Signal getragen wird, falls die Frequenz
des Geradeaus-Modulationssignals zu hoch ist. Genauer gesagt wird
ein Geradeaus-Modulationssignal,
das ungefähr
400 Hz übersteigt,
nicht erfasst werden. Dies entspricht dem vorab eingestellten Bereich
von Frequenzen für
ein aufbereitetes, moduliertes Geradeaus-Signal von 11,1 kHz bis 11,95
kHz.
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Das aufbereitete, modulierte Geradeaus-Signal
von der Signaleingangsstufe 5 begleitend ist allerdings
das vorstehend erwähnte
Störrauschen.
Die Rechteckwelle, die von dem dritten Schaltkreis 81 mit phasenverriegelter
Schleife austritt, führt
demzufolge durch den dritten Tiefpassfilterschaltkreis 82 hindurch.
Dargestellt primär
durch einen Widerstand R30 und einen Kondensator C18 entfernt der
dritte Tiefpassfilterschaltkreis 82 ein unerwünschtes
Rauschen von dem Rechteckwellensignal so, dass Frequenzen oberhalb
einer vorab ausgewählten
Frequenz im wesentlichen gedämpft
werden und Frequenzen unterhalb der vorab ausgewählten Frequenz ermöglicht wird,
dort hindurchzuführen.
Diese vorab ausgewählte
Frequenz entspricht dem vorab eingestellten Bereich an Frequenzen
für das
Geradeaus-Modulationssignal. Genauer gesagt filtert der dritte Tiefpassfilterschaltkreis 82 unerwünschte Frequenzen
oberhalb von ungefähr
400 Hz.
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Das gefilterte Rechteckwellensignal
führt dann
in den dritten Signalformungsschaltkreis 83 der Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 hindurch. Wie
in 2E dargestellt ist,
umfasst der dritte Signalformungsschaltkreis 83 Kondensatoren
C19 und C20, einen Operationsverstärker 86 und Widerstände R31
bis R34. Der dritte Signalformungsschaltkreis 83 verbessert
den Zustand des gefilterten Rechteckwellensignals so, dass seine
Amplitude konsistent ist und seine Wellenflanken glatte, steile Übergänge zeigen.
Er verbessert auch einen Grad einer Filterung. Der dritte Signalformungsschaltkreis 83 liefert
demzufolge die erforderliche Aufbereitung des Rechteckwellensignals,
bevor es zu dem dritten Pegelkomparatorschaltkreis 84 hindurchführt.
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Der dritte Pegelkomparatorschaltkreis 84 umfasst
eine Gleichrichterdiode D10, einen Widerstand R35, einen Kondensator
C21 und einen Inverter 87. Dioden D9 und D10 werden primär zum Festklemmen
des Eingangs des dritten Pegelkomparatorschaltkreises 84 zum
Schutz eingesetzt. Unter Bilden der Zeitkonstanten eines Widerstands-Kapazitäts-Schaltkreises
bestimmen die Werte von R35 und C21, wie lange das modulierte Geradeaus-Signal
an dem Eingang des dritten Schaltkreises 81 mit phasenverriegelter
Schleife für
das sich ergebende Rechteckwellensignal vorhanden sein muss, dass
es durch den dritten Pegelkomparatorschaltkreis 84 erkannt
wird. Falls das aufbereitete, modulierte Geradeaus-Signal an diesem
Eingang für
eine ausreichende Zeitdauer vorhanden ist, wird der dritte Schaltkreis 81 mit
phasenverriegelter Schleife eine Rechteckwelle erzeugen, die genug
Energie trägt, um
den Kondensator C21 so aufzuladen, dass der dritte Pegelkomparatorschaltkreis 84 die
Amplitude des Rechteckwellensignals analysieren kann.
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Wogegen der dritte Schaltkreis 81 mit
phasenveniegelter Schleife prüft,
ob die Frequenz des Geradeaus-Modulationssignals zu hoch ist, prüft der dritte
Pegelkomparatorschaltkreis 84, ob es zu niedrig ist. Die
Frequenz des Geradeaus-Modulationssignals muss dann zwischen einer
oberen Grenze liegen, die durch den dritten, phasenverriegelten Schaltkreis 81 eingestellt
ist, und einer unteren Grenze, die durch den dritten Pegelkomparatorschaltkreis 84 eingestellt
ist. Wie bei der unteren Grenze richtet die Diode D10 das ankommende
Rechteckwellensignal gleich, um so einen Referenz-DC-Pegel davon zur
Eingabe in den Inverter 87 zu bilden. Der Referenz-DC-Pegel
ist natürlich
eine Spannungsdarstellung der Frequenz des Geradeaus-Modulationssignals,
das durch das aufbereitete, modulierte Geradeaus-Signal getragen
wird. Falls der Referenz-DC-Pegel ausreichend Energie führt, um
den Kondensator C1 aufzuladen und den eingebauten Schwellwert des Inverters 87 zu überwinden,
dann ist die Frequenz des Geradeaus-Modulationssignals, das durch diesen
Referenzpegel dargestellt ist, hoch genug, um eine Aktivierung der
Ausgangsstufe 9 zu garantieren.
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Es erfolgt primär durch den dritten Schaltkreis 81 mit
phasenverriegelter Schleife und dem dritten Pegelkomparatorschaltkreis 84,
dass ein gültiges,
ankommendes Geradeaus-Signal von Störrauschen unterschieden wird,
das intermittierende Signale umfasst, die von Sendern anderer, weiter
entfernter Oberleitungsfahrzeuge empfangen sind. Funkbaugruppen
nach dem Stand der Technik sind dahingehend beurteilt worden, dass
sie für
solche intermittierenden Signale anfällig sind, und war als Beweis
für ein
falsches Umschalten der Schaltelement-Geradeaus-Solenoide, wie dies
in dem Stand der Technik angegeben ist. Das Design der Signalverarbeitungseinheit 2 beseitigt
allerdings die ses Problem.
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Um nun zu der Betriebsweise der Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 zurückzukommen, gibt,
wenn ein Referenz-DC-Pegel einer ausreichend hohen Stärke empfangen
wird, der Inverter 87 ein logisch niedriges Signal aus.
Dieses logisch niedrige Signal zeigt an, dass ein gültiges,
moduliertes Geradeaus-Signal durch die Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 empfangen
und verarbeitet worden ist. Der Inverter 87 verstärkt etwas
das logisch niedrige Signal, bevor es zu der Ausgangsstufe hindurchführt. Der
Inverter 87 steuert auch eine LED oder einen ähnlichen,
visuellen Indikator 88, wenn er das logisch niedrige Signal
ausgibt.
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Wie die 1F und 2F zeigen,
umfasst die Ausgangsstufe 9 einen Impuls-Generator-Schaltkreis 91,
einen logischen Schaltkreis, einen Abbiege-Treiberschaltkreis 94 und
einen Geradeaus-Treiberschaltkreis 95. Der logische Schaltkreis
umfasst einen Eingangs-Logik-Schaltkreis 90 einschließlich eines
NAND-Gatters 92A, einen Abbiege-Logik-Schaltkreis 92 der ein
NAND-Gatter 90A, und einen Geradeaus-Logik-Schaltkreis 93,
einschließlich eines
NAND-Gatters 93A. Der Eingangs-Logik-Schaltkreis 90 ist
an dem Eingang der Ausgangsstufe 9 angeordnet und verbindet
sich mit sowohl der Abbiege-Signal- als auch der Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 7 und
B. Jeder der Abbiege- und Geradeaus-Logik-Schaltkreise 92 und 93 verbindet sich
auch mit beiden Demodulationsstufen. Genauer gesagt empfängt der
Abbiege-Logik-Schaltkreis 92 den Ausgang der Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 über einen
Inverter 96 und den Ausgang der Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8. Ähnlich empfängt der
Geradeaus-Logik-Schaltkreis 93 den
Ausgang der Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 über einen
anderen Inverter 97 und den Ausgang der Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7.
Der Abbiege-Logik-Schaltkreis 92 führt in den Abbiege-Treiberschaltkreis 94 und
der Geradeaus-Logik-Schaltkreis 93 führt in den Geradeaus-Treiberschaltkreis 95.
Der Impuls-Generator-Schaltkreis 91 führt in sowohl den Abbiege-
als auch den Geradeaus-Logik-Schaltkreis 92 und 93 zu.
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Die Betriebsweise der Ausgangsstufe 9 hängt davon
ab, ob sie ein logisch niedriges Signal von der Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 oder von
der Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 empfängt. Einfach
ausgedrückt
gibt, wenn ein logisch niedriges Signal von der Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 empfangen
wird, die Ausgangsstufe 9 ein Zwischen-Abbiege-Befehlssignal
von dem Abbiege-Treiberschaltkreis 94 aus. In ähnlicher
Weise gibt, wenn ein logisch niedriges Signal von der Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 empfangen
wird, die Ausgangsstufe 9 ein Zwischen-Geradeaus- Befehlssignal von
dem Geradeaus-Treiberschaltkreis 95 aus. Jedes dieser Zwischenbefehlssignale
nimmt die Form eines Impulses einer einstellbaren Dauer an.
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In Bezug auf den logischen Schaltkreis
gibt das NAND-Gatter 90A des Eingangs-Logik-Schaltkreises 90 ein
logisch hohes Signal aus, falls irgendeines der logischen Signale,
das von der Abbiege-Signal- oder Geradeaus-Demodulationsstufe 7 und 8 empfangen
ist, niedrig ist. Dieses invertierte, logische Signal führt zu dem
Impuls-Generator-Schaltkreis 91 hindurch,
der in Abhängigkeit
davon den Impuls mit hohem Pegel einer einstellbaren Dauer erzeugt.
Die Logik des Abbiege- und des Geradeaus-Logik-Schaltkreises 92 und 93 stellt
sicher, dass dann, falls ein logisch niedriges Signal von irgendeiner
der Demodulationsstufen empfangen wird, ein Impuls gleichzeitig
von dem Impuls-Generator-Schaltkreis 91 empfangen
wird, dann das Impulssignal durch einen der Inverter 96 oder 97 hindurchführt, so
dass ein zum Positiven hin gehender Impuls zu dem entsprechenden
einen des Abbiege- oder des Geradeaus-Treiberschaltkreises 94 und 95 hindurchführt.
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Um im weiteren Detail auf die Betriebsweise der
Ausgangsstufe 9 in Abhängigkeit
eines gültigen, frequenzmodulierten
Abbiege-Signals Bezug zu nehmen, gibt die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 ein
logisch niedriges Signal zu dem Eingangs-Logik-Schaltkreis 90, d.h. dem NAND-Gatter 90A,
der Ausgangsstufe 9 aus. Wenn das logisch niedrige Signal
empfangen wird, verarbeitet es der Eingangs-Logik-Schaltkreis 90 es über den
Impuls-Generator-Schaltkreis 91 und sowohl den Abbiege-
als auch den Geradeaus-Logik-Schaltkreis 92 und 93. Der
Impuls-Generator-Schaltkreis 91 aktiviert sich dann für eine einstellbare
Dauer, um den Impuls zu produzieren, der auch in den Abbiege- und
den Geradeaus-Logik-Schaltkreis 92 und 93 zugeführt wird.
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Die einstellbare Dauer, für die sich
der Impuls-Generator-Schaltkreis 91 aktiviert, hängt von den
Werten des Kondensators C25 und des Widerstands R46 ab, wie dies
aus 2F ersichtlich ist. Vorzugsweise
wird die Dauer auf 500 ms eingestellt.
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Der Impuls-Generator-Schaltkreis 91 dient auch
als ein Zeitgeber-Schaltkreis, der sicherstellt, dass ein Schaltelement-Solenoid
nicht kontinuierlich in dem Fall erregt werden wird, dass das ankommende
Signal kontinuierlich von einem Oberleitungsfahrzeug-Senderempfangen wird.
Wie ersichtlich ist, wird der Impuls-Generator-Schaltkreis 91 nur
einen Impuls einer einstellbaren Dauer zu jedem Zeitpunkt abgeben,
zu dem ein gültiges,
ankommendes Signal durch die Signalverarbeitungseinheit 2 empfangen wird.
Durch seine RC-Zeitkonstante kann der Impuls-Generator-Schaltkreis 91 nicht
einen anderen Impuls erzeugen, bis das ankommende Signal aufgehört hat und
die Zeit, die durch die RC-Zeitkonstante eingestellt ist, beendet
ist.
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Wie auch aus 2F ersichtlich ist, sind der Abbiege-
und der Geradeaus-Logik-Schaltkreis 92 und 93 der
Ausgangsstufe 9 so konfiguriert, um einen Verriegelungs-Ausgabe-Schaltkreis zu bilden,
der ermöglicht,
dass nur einer der Treiberschaltkreise zu irgendeinem gegebenen
Zeitpunkt arbeitet. Genauer gesagt führt der Ausgang des NAND-Gatters 92A des
Abbiege-Logik-Schaltkreises 92 zurück in den Eingang des NAND-Gatters 93A des
Geradeaus-Logik-Schaltkreises 93 und vice versa. Demzufolge wird,
wenn sich der Abbiege-Logik-Schaltkreis 92 aktiviert, der
Geradeaus-Logik-Schaltkreis 93 gesperrt. Umgekehrt wird,
wenn sich der Geradeaus-Logik-Schaltkreis 93 aktiviert,
der Abbiege-Logik-Schaltkreis 92 gesperrt.
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Um zu der Betriebsweise der Ausgangsstufe 9 in
Abhängigkeit
eines gültigen,
frequenzmodulierten Abbiege-Signals zurückzukommen, empfängt der Abbiege-Logik-Schaltkreis 92 sowohl
das logisch niedrige Signal über
den Inverter 96 von der Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 als auch
den Impuls von einstellbarer Dauer von dem Impuls-Generator-Schaltkreis 91.
Das NAND-Gatter 92A des Abbiege-Logik-Schaltkreises 92 aktiviert
sich in Abhängigkeit
dieser zwei Eingänge
von der einstellbaren Dauer, um dadurch den Geradeaus-Logik-Schaltkreis 93 über den
Verriegelungs-Ausgabe-Schaltkreis zu sperren. Durch den Inverter 98 führt dann
der Abbiege-Logik-Schaltkreis 92 einen zum Positiven hin
gehenden Impuls einer einstellbaren Dauer zu dem Abbiege-Treiberschaltkreis 94 hindurch.
Wenn der zum Positiven hin gehende Impuls an dem Abbiege-Treiberschaltkreis 94 ankommt,
erregt sich der Abbiege-Treiberschaltkreis 94, um dadurch
einen Rückführschaltkreis
für Treibertransistoren
Q1 und Q2 des Abbiege-Treiberschaltkreises 94 zu
schaffen.
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Ob die Abbiege-Signal-Demodulations-Stufe über den
SW1 eingestellt wird, um die Rechts-Abbiege-Signale oder die Links-Abbiege-Signale
zu erkennen, verbleibt die Betriebsweise der Ausgangsstufe dieselbe.
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Um in weiterem Detail auf die Betriebsweise der
Ausgangsstufe 9 in Abhängigkeit
eines gültigen, frequenzmodulierten
Geradeaus-Signals Bezug zu nehmen, gibt die Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 ein
logisch niedriges Signal zu dem NAND-Gatter 93A des Eingangs-Logik-Schaltkreises 90 der
Ausgangsstufe 9 aus. Wenn das logisch niedrige Signal empfangen
wird, verarbeitet der Eingangs-Logik-Schaltkreis 90 es über den
Impuls-Generator-Schaltkreis 91 und über sowohl den Abbiege- als
auch den Gerade aus-Logik-Schaltkreis 92 und 93.
Der Impuls-Generator-Schaltkreis 91 aktiviert sich dann
für die
einstellbare Dauer, wie zuvor angegeben ist, um den Impuls zu produzieren,
der zu dem Abbiege- und dem Geradeaus-Logik-Schaltkreis 92 und 93 hindurchführt.
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Analog zu der Betriebsweise des Abbiege-Logik-Schaltkreises 92 empfängt demzufolge
der Geradeaus-Logik-Schaltkreis 93 sowohl das logisch niedrige
Signal über
den Inverter 97 von der Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 als
auch den Impuls der einstellbaren Dauer von dem Impuls-Generator-Schaltkreis 91.
Das NAND-Gatter 93A des Geradeaus-Logik-Schaltkreises 93 aktiviert
sich dann in Abhängigkeit
dieser zwei Eingänge
für die
einstellbare Dauer, um dadurch den Abbiege-Logik-Schaltkreis 92 über den
Verriegelungs-Ausgabe-Schaltkreis zu sperren. Über den Inverter 99 führt dann
der Geradeaus-Logik-Schaltkreis 93 dann einen zum Positiven hin
gehenden Impuls einer einstellbaren Dauer zu dem Geradeaus-Treiberschaltkreis 95 hindurch. Wenn
der zum Positiven hin gehende Impuls an dem Geradeaus-Treiberschaltkreis 95 ankommt,
erregt sich der Geradeaus-Treiberschaltkreis 95, um dadurch einen
Rückführschaltkreis
für Treibertransistoren
Q3 und Q4 des Geradeaus-Treiberschaltkreises 95 zu schaffen.
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In Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung empfängt
die Signalverarbeitungseinheit 2, über ihre Spannungswandlerstufe 4,
wie in 2A dargestellt
ist, die 24 Volt DC-Spannung von dem Energie-Versorgungsschaltkreis
der Steuereinheit nach dem Stand der Technik. Unter Reduzieren dieses
Spannungspegels auf 15 Volt DC, um ihre Betriebsweisen mit Energie zu
versorgen, steuert die Signalverarbeitungseinheit 2 direkt
die Betriebsweise der zwei mechanischen Relais für hohe Spannung (nicht dargestellt),
die zuvor beschrieben sind. Gesteuert durch den Geradeaus-Treiberschaltkreis 94 der
Ausgangsstufe 9 wird das Geradeaus-Relais für hohe Spannung
dazu verwendet, die Oberleitungsspannung direkt zu dem Geradeaus-Solenoid
des Stangenstromabnehmerschalters umzuschalten. In ähnlicher
Weise wird, gesteuert durch den Abbiege-Treiberschaltkreis 95,
das Abbiege-Relais für
hohe Spannung dazu verwendet, eine solche Spannung direkt zu dem
Abbiege-Solenoid des Stangenstromabnehmerschalters umzuschalten.
Die Spule des Geradeaus-Relais verbindet sich zwischen der Hochspannungsoberleitung
und den Kollektoren der Treibertransistoren Q3 und Q4 des Geradeaus-Treiberschaltkreises 95.
Die Spule des Geradeaus-Relais verbindet sich zwischen der Hochspannungsoberleitung
und den Kollektoren der Treibertransistoren Q3 und Q4 des Geradeaus-Treiberschaltkreises 95.
Die Spule des Abbiege-Relais verbindet
sich in ähnlicher
Weise zwischen der Hochspannungsoberleitung und den Kollektoren
der Treibertransistoren Q1 und Q2 des Abbiege-Treiberschaltkreises 94.
Der Geradeaus- und der Abbiege-Treiberschaltkreis 94 und 95 liefern
demzufolge den Rückführschaltkreis
für die
Spulen des Geradeaus- und des Abbiege-Relais für hohe Spannungen jeweils.
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Wenn die Signalverarbeitungseinheit 2 ein gültiges,
frequenzmoduliertes Geradeaus-Signal zum
Beispiel empfängt,
führt die
Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 ein logisch niedriges
Signal zu der Ausgangsstufe hindurch, wie dies zuvor beschrieben
ist. Nachdem das logisch niedrige Signal durch den Eingabe-Logik-Schaltkreis 90 und
den Impuls-Generator-Schaltkreis 91, wie zuvor beschrieben
ist, verarbeitet ist, führt
dann der Geradeaus-Logik-Schaltkreis 93 der Ausgangsstufe 9 den zum
Positiven hin gehenden Impuls zu dem Geradeaus-Treiberschaltkreis 95 hindurch.
Wenn der positive Impuls an dem Geradeaus-Treiberschaltkreis 95 ankommt,
aktivieren sich die Treibertransistoren Q3 und Q4. Der Geradeaus-Treiberschaltkreis 95 schafft dadurch
einen Rückführschaltkreis
für die
Spule des Geradeaus-Relais für
hohe Spannung und erregt sie. Das Geradeaus-Relais schaltet dann
die Oberleitungsspannung direkt zu dem Geradeaus-Solenoid des Stangenstromabnehmerschalters
um. Es erfolgt aufgrund dieses Impulses, der ansonsten als das Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal
hier bezeichnet wird, dass die Signalverarbeitungseinheit 2 das
Geradeaus-Relais für
hohe Spannung steuert, um Energie zu dem Geradeaus-Solenoid des
Stangenstromabnehmerschalters zuzuführen.
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In ähnlicher Weise führt, wenn
die Signalverarbeitungseinheit 2 ein gültiges, frequenzmoduliertes Abbiege-Signal
zum Beispiel empfängt,
die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 ein logisch niedriges
Signal zu der Ausgangsstufe 9 hindurch. Nachdem das logisch
niedrige Signal durch den Eingabe-Logik-Schaltkreis 90 und
den Impuls-Generator-Schaltkreis 91,
wie zuvor beschrieben ist, verarbeitet ist, führt der Abbiege-Logik-Schaltkreis 92 der Ausgangsstufe 9 dann
den zum Positiven hin gehenden Impuls zu dem Abbiege-Treiberschaltkreis 94 hindurch.
Wenn der positive Impuls an dem Abbiege-Treiberschaltkreis 94 ankommt,
aktivieren sich die Treibertransistoren Q1 und Q2. Der Abbiege-Treiberschaltkreis 94 liefert
dadurch einen Rückführschaltkreis
für die
Spule des Abbiege-Relais für
hohe Spannung und erregt sie dadurch. Das Abbiege-Relais schaltet
dann die Oberleitungsspannung direkt zu dem Abbiege-Solenoid des
Stangenstromabnehmerschalters um. Es erfolgt aufgrund dieses Impulses,
der ansonsten als das Zwischen-Abbiege-Befehlssignal hier bezeichnet
wird, dass die Signalverarbeitungseinheit 2 das Abbiege-Relais
für hohe Spannung
steuert, um Energie zu dem Abbiege-Solenoid des Stangenstromabnehmerschalters
zuzuführen.
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In dieser bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Signalverarbeitungseinheit 2 vorzugsweise einen Überspannungsschutzschaltkreis.
Da das mechanische Abbiege- und das mechanische Geradeaus-Relais
für hohe
Spannung direkt, wenn es aktiviert wird, die hohe Spannung der Oberleitung
zu den geeigneten Schaltelement-Solenoiden hindurchführt, würde der
Abbiege- und der Geradeaus-Treiberschaltkreis 94 und 95 der
Signalverarbeitungseinheit 2 jeweils Stoßspannungen
unterworfen werden, die an der Oberleitung entstehen. Obwohl irgendeiner
einer Vielfalt von Stoß-Arrestoren
bzw. -Barrieren ausreichend sein kann, nimmt der Überspannungsschutzschaltkreis
vorzugsweise die Form eines Metalloxid-Varistors (MOVs) an. Positioniert
von Kollektor zu Emitter über
den Treibertransistor Q4 des Geradeaus-Treiberschaltkreises 95 und
des Treiber-Transistors Q2 des Abbiege-Treiberschaltkreises 94,
wie in 2F dargestellt
ist, schützen
die MOVs 24 und 25 die Treiberschaltkreise 94 und 95 jeweils gegen
Stoßspannungen,
die an der Oberleitung entstehen können.
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Wie zum Stand der Technik angemerkt
ist, kann die vorliegende Erfindung in einer zweiten Ausführungsform
auch als ein Ersatz für
eine Signalverarbeitungseinheit verwendet werden, die in der
DE 197 18 388 A1 beschrieben
ist. Die Signalverarbeitungseinheit dann wird in Tandem mit einer
Energiesteuereinheit eingesetzt, um die Schaltelement-Solenoide eines Stangenstromabnehmerschalters
ohne das Erfordernis mechanischer Relais oder des Energie-Versorgungsschaltkreises
301 zu
steuern. Wenn sie in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, führt
die Energiesteuereinheit die Eingangsspannung von 24 Volt DC zu
der Spannungswandlerstufe
4 der Signalverarbeitungseinheit
2 zu. Die
Energiesteuereinheit führt
auch kontinuierlich einen primären
Spannungspegel, d.h. eine 12 Volt DC-Referenzspannung, zu den Kollektoren
der Treibertransistoren Q1 und Q2 des Abbiege-Treiberschaltkreises
94 zu.
Die Energiesteuereinheit führt
in ähnlicher
Weise eine 12 Volt DC-Referenzspannung zu den Kollektoren der Treibertransistoren
Q3 und Q4 des Geradeaus-Treiber-Schaltkreises
95 zu.
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Wenn die vorliegende Erfindung ein
gültiges, frequenzmoduliertes
Geradeaus-Signal empfängt, führt die
Geradeaus-Signal-Demodulationsstufe 8 ein logisch niedriges
Signal zu der Ausgangsstufe 9 hindurch, wie zuvor beschrieben
ist. Nachdem das logisch niedrige Signal durch den Eingangs-Logik-Schaltkreis 90 und
den Impuls-Generator-Schaltkreis 91 verarbeitet
ist, wie dies zuvor beschrieben ist, führt der Geradeaus-Logik-Schaltkreis 93 und
der Ausgangsstufe dann den zum Positiven hin gehenden Impuls zu
dem Geradeaus-Treiberschaltkreis 95 hindurch. Wenn der
zum Positiven hin gehende Impuls an dem Geradeaus-Treiberschaltkreis 95 ankommt,
erregt sich der Geradeaus-Treiberschaltkreis 95,
um dadurch einen Rückführschaltkreis
für die Treibertransistoren
Q3 und Q4 zu schaffen. Der Geradeaus-Treiberschaltkreis 95 führt dort
hindurch einen zum Negativen hin gehenden 12 Volt DC-Impuls zu dem
entsprechenden Eingang der Energiesteuereinheit hindurch. Es folgt
aufgrund dieses negativen Impulses, der ansonsten als das Zwischen-Geradeaus-Befehls-Signal
hier bezeichnet wird, dass die vorliegende Erfindung die Energiesteuereinheit
so befehligt, um Energie zu dem Geradeaus-Solenoid des Stangenstromabnehmerschalters
zuzuführen.
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In ähnlicher Weise führt, wenn
die vorliegende Erfindung ein gültiges,
frequenzmoduliertes Abbiege-Signal empfängt, die Abbiege-Signal-Demodulationsstufe 7 ein
logisch niedriges Signal zu der Ausgangsstufe 9 hindurch.
Nachdem das logisch niedrige Signal durch den Eingangs-Logik-Schaltkreis 90 und
den Impuls-Generator-Schaltkreis 91, wie zuvor beschrieben
ist, verarbeitet ist, führt
dann der Abbiege-Logik-Schaltkreis 92 der Ausgangsstufe 93 den zum
Positiven gehenden Impuls zu dem Abbiege-Treiberschaltkreis 94 hindurch.
Wenn der zum Positiven gehende Impuls an dem Abbiege-Treiberschaltkreis 94 ankommt,
erregt sich der Abbiege-Treiberschaltkreis 94, um dadurch einen
Rückführschaltkreis
für Treibertransistoren
Q1 und Q2 zu schaffen. Der Abbiege-Treiberschaltkreis 94 führt dadurch
einen zum Negativen hin gehenden 12 Volt DC-Impuls zu dem entsprechenden
Eingang der Energiesteuereinheit hindurch. Es folgt aufgrund dieses negativen
Impulses, der ansonsten als das Zwischen-Abbiege-Befehlssignal hier
bezeichnet wird, dass die vorliegende Erfindung die Energiesteuereinheit
so befehligt, um Energie zu einem Abbiege-Solenoid des Stangenstromabnehmerschalters
zuzuführen.
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Für
diese zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung muss der Überspannungsschutzschaltkreis
natürlich
nicht eingesetzt werden. Dies kommt daher, da seine Zwischen-Befehlssignale dazu
verwendet werden würden,
um den Schaltkreis der Energiesteuereinheit anzusteuern, die unter niedrigen
Spannungen arbeitet, um dadurch das Erfordernis eines Stoßspannungsschutzes
zu vermeiden.