DE19718428B4

DE19718428B4 - Energiesteuereinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinrichtung

Info

Publication number: DE19718428B4
Application number: DE19718428A
Authority: DE
Inventors: John H. Corvin; Francis Laval Launier; Charles C. Siegling Iii
Original assignee: Impulse NC LLC
Current assignee: AFL TELECOMMUNICATIONS LLC, DUNCAN, US
Priority date: 1996-05-01
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2017-05-01
Also published as: MX9703205A; CA2182929C; US5691888A; CA2182929A1; DE19718428A1

Abstract

Energiesteuereinheit für eine Steuereinrichtung eines Stangenstromabnehmerschalters zur Verwendung in Verbindung mit einer Funkbaugruppe, wobei der Stangenstromabnehmerschalter mindestens ein Schaltelement zum Umschalten des Laufpfads einer Energiekollektoranordnung eines Stangenstromabnehmers an einer Verzweigung von Stromleitungen besitzt, an der eine Abbiege-Stromleitung von einer Geradeaus-Stromleitung abzweigt, wobei die Energiesteuereinheit aufweist:
(a) eine erste Reduktionseinrichtung (110) zum Reduzieren und Regulieren einer Leitungsspannung, die von der Stromleitung aufgenommen wird, auf eine erste Spannung und zum Ausgeben der ersten Spannung;
(b) eine Zerhacker-Steuereinrichtung (140) zum Ausgeben eines ersten Paars logischer Wechselsignale und eines zweiten Paars logischer Wechselsignale;
(c) eine zweite Reduktionseinrichtung (120), die mit der Zerhacker-Steuereinrichtung (140) und der ersten Reduktionseinrichtung (110) verbunden ist, so dass dann, wenn das erste Paar logischer Wechselsignale an der Zerhacker-Steuereinrichtung anliegt, die zweite Reduktionseinrichtung (120) die erste Spannung, die von der ersten Reduktionseinrichtung (110) geliefert wird, auf eine zweite Spannung reduziert und diese zur Verfügung stellt, so dass die...

Description

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 Energiesteuereinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit.

Wie 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.

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 Energie- bzw. Stromleitungen nimmt, umzuschalten. Eine Abzweigung bzw. ein Übergang divergierender Stromleitungen kann aus einer Stromleitung bestehen, die sich in einem geraden Pfad erstreckt, und einer anderen Stromleitung, die davon abzweigt, die sich in einem Pfad erstreckt, der sich zu einer allgemein linken Richtung erstreckt. In ähnlicher Weise kann eine solche Abzweigung bzw. ein Übergang aus einer Stromleitung, die sich in einem geraden Pfad erstreckt, und einer anderen, die davon abzweigt, die sich in einem Pfad erstreckt, der zu einer allgemein rechten Richtung verläuft, bestehen.

Wenn sich ein Oberleitungsfahrzeug einer Verzweigung nähert, kann der Stangenstromabnehmerschalter angewiesen 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, wird der Stangenstromabnehmerschalter, wie nachfolgend erläutert wird, dahin befehligt werden, zu dem Pfad hin umzuschalten oder nicht, 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.

Ein typischer Stangenstromabnehmerschalter besitzt zwei Schaltelemente, oder "Frösche" bzw. 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 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 umschalten, die von der Geradeaus-Stromleitung divergiert. In ähnlicher Weise wirkt, wenn der Solenoid des anderen Schaltelementes erregt wird, er dahingehend, den Pfad, den die Energielkollektoranordnung laufen wird, durch dieses Schaltelement von der Geradeaus-Stromleitung zu einer anderen Stromleitung umzuschalten, die von der Geradeaus-Stromleitung divergiert. 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 Oberlei tungsfahrzeug, das wünscht, durch dieses Schaltelement auf der Geradeaus-Stromleitung fortzufahren, dies ohne das Erfordernis irgendeines Umschaltens des Pfads vornehmen.

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 dem Schaltelement auf der Geradeaus-Stromleitung fortzufahren, muss dann den Solenoid erregen, um den Pfad umzuschalten.

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 dazu divergieren, 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.

Der Stangenstromabnehmerschalter verändert den Laufweg, den die Energiekollektoranordnung dort hindurch nimmt, in Abhängigkeit von Befehlen, die von einer Steuereinheit empfangen sind. Wie in größerem Detail in den folgenden Absätzen beschrieben ist, 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 für Geradeausfahrt, und bei 14,0 kHz für eine rechte Kurve zentriert sind. Wenn sich ein Oberleitungsfahrzeug einer Verzweigung 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 kann. 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.

Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheiten waren mehrere Jahre lang vor der vorliegenden Erfindung in der Beförderungsindustrie weit verbreitet. 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 dem 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 E nergiekollektoranordnung über den Stangenstromabnehmerschalter nehmen wird.

Für solche besonderen Steuereinheiten nach dem Stand der Technik, die keine Energieversorungsbaugruppe umfassen, umfasst , die Steuereinheit nur die Funkbaugruppe und einen dazugehörigen Energieversorgungsschaltkreis 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.

Die Steuereinheit nach dem Stand der Technik enthält eine alte 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 erregt, das von anderen Funkquellen entsteht. Zum Beispiel sind Funkbaugruppen für 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. "Fals 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 nennenswerte Beschädigung an dem Stangenstromabnehmerschalter, der betroffenen Energiekollektoranordnung und der Oberleitung, auf der sie läuft, hervorrufen.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Energieversorgungsbaugruppe der Steuereinheit nach dem Stand der Technik weitere 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 herunter zu transformieren, 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 Heruntertransformieren der Spannung verbraucht, erfordert die Umhüllung, in der die Energieversorgungsbaugruppe 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 Energieversorgungsbaugruppe fördert und nachteilig die Betriebsweise der Steuereinheit nach dem Stand der Technik beeinflusst.

Um wiederum auf solche bestimmten Steuereinheiten nach dem Stand der Technik Bezug zu nehmen, die nur eine Funkbaugruppe und den dazugehörigen Versorgungsschaltkreis umfassen, so hat die Erfahrung gezeigt, dass der Schaltkreis auf solchen Funkbaugruppen und der Energieversorgungsschaltkreis 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 verbindet.

Die Steuereinheiten nach dem Stand der Technik waren ziemlich anfällig für kalte Temperaturen. 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 in einer Steuereinheit nach dem Stand der Technik verwendet werden. Wie zuvor angesprochen ist, umfasst der typische Energieversorgungsschaltkreis mechanische Relais zum Umschalten der Energie zu den Schaltelement-Solenoiden. Wenn ein Relais auf ein Befehlssignal hin betätigt wird, das von der Funkbaugruppe empfangen ist, führt die Oberleitungsspannung über die Kontakte des Relais, um den geeigneten Schaltelement-Solenoid zu erregen. Diese mechanischen Relais sind allerdings für eine Lichtbogenbildung über die Kontakte aufgrund der hohen Spannungen, die sie erfordern, um sie zu handhaben, anfällig. Eine Lichtbogenbildung tendiert dazu, die Relaiskontakte über die Zeit zu beschädigen, und eine übermäßige Licht bogenbildung wurde dahingehend nachgewiesen, dass sie den Energieversorgungsschaltkreis beschädigt. Die mechanische Natur der Relais und verschiedener anderer Komponenten, mit deren dazugehörigen Teilen, beeinflusst weiterhin die Zuverlässigkeit der Steuereinheit nach dem Stand der Technik und liefert höhere Kosten. Die Größe der Relais und anderer mechanischer Komponenten erfordert Umhüllungen, die groß genug sind, um deren massige Komponenten aufzunehmen. Diese zwei Erfordemisse fügen Kosten hinzu. Demzufolge führten Zuverlässigkeit, Raum- und Kosteneinschränkungen alleine zu der vorliegenden Erfindung.

Wie aus der beigefügten Beschreibung ersichtlich werden wird, liefert die vorliegende Erfindung in einer ersten Ausführungsform eine Energiesteuereinheit, die anstelle des Energieversorgungsschaltkreises in solchen Steuereinheiten nach dem Stand der Technik verwendet werden kann, die sowohl die Funkbaugruppe als auch die Energieversorgungsbaugruppe enthalten. Sie kann auch anstelle des Energieversorgungsschaltkreises und zugeordneter Relais für solche Steuereinheiten nach dem Stand der Technik verwendet werden, die keine Energieversorgungsbaugruppe umfassen. In einer zweiten Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung auch als ein Ersatz für eine Energiesteuereinheit verwendet werden, die in der DE 197 18 431 A1 beschrieben ist.

Aus der DE 691 05 499 T2 ist ein Stromversorgungssystem für elektrisch angetriebene Geräte und Schalter dafür bekannt. Insbesondere betrifft diese Schrift Grubenfahrzeuge mit einer Wagenspur, die Sammelschienen aufweist und über einem Teil der Längserstreckung oberhalb eines Raums angeordnet ist, in welchem sich die Einrichtungen bewegen. Ein Grubenfahrzeug umfasst ferner einen Wagen, welcher auf der Wagenspur bewegbar ist, wobei der Wagen Kontakte aufweist, welche in Kontakt mit den Sammelschienen angeordnet sind und jeweils mit dem Grubenfahrzeug über ein elektrisches Kabel mit veränderbarer Länge verbunden sind. Ferner weist die Grubeneinrichtung eine drehtischariige Weiche auf, welche in der Wagenspur oberhalb des Raumes installiert ist, in dem sich die Einrichtungen bewegen.

Die FR 2 534 199 A1 offenbart eine Weiche für Oberleitungen zur elektrischen Versorgung von Trolley-Bussen. Diese Weiche wird bei der Abzweigung einer Oberleitung angeordnet und besteht aus drei aufgehängten Vorrichtungen, nämlich zwei ähnlichen Weichen und einer Kreuzung. Jede Weichenvorrichtung umfasst im Inneren eines Ge häuses 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.

Die EP 0 058 401 A2 offenbart eine Hochfrequenzschaltung zur DC-DC-Spannungsumsetzung. Die Schaltung enthält eine Zerhackerschaltung zwischen einer Primärwindung eines Transformators und einer DC-Spannungsversorgung. Im Primärkreis ist zusätzlich ein Resonanzkondensator parallel zur Primärwicklung des Transformators vorgesehen. An die Sekundärwindung des Transformators ist ein magnetischer Verstärker angeschlossen, der eine Drossel, eine Diode und einen veränderbaren Widerstand umfasst. Zwei weitere Dioden sind vorgesehen, um die vom magnetischen Verstärker ausgegebene Wechselspannung gleichzurichten. Die gleichgerichtete Spannung wird mittels einer Spule und eines Kondensators geglättet, bevor sie einer Last zugeführt wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine energiesparende Energiesteuereinheit anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch eine Energiesteuereinheit gemäß Anspruch 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Um den Laufpfad durch den Stangenstromabnehmerschalter umzuschalten, setzt eine Ausführungsform der Erfindung Halbleiterumschalttechnologie ein, um die Umschaltung einer hohen Spannung von der Stromleitung zu steuern, um den geeigneten Schaltelement-Solenoid zu erregen. Die geringere Energieaufnahme vermeidet nicht nur das Erfordernis, Ventilierungen einzusetzen, sondern minimiert im Wesentlichen auch die Wahrscheinlichkeit, dass Feuchtigkeit auf dem Schaltkreis kondensiert. Die vorliegende Erfindung arbeitet betriebssicher über einen weiten Bereich von Temperaturen, und zwar ohne dass Heizelemente oder eine thermische Isolation erforderlich sind. Diese und andere Vorteile favorisieren die vorliegende Erfindung gegenüber Energieversorgungsbaugruppen nach dem Stand der Technik im Hinblick auf Kosten, Raum und Zuverlässigkeit.

Ein Vorteil einer Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit ist, die die Leistung bzw. Energie reduziert und reguliert, die von einer Stromleitung aufgenommen wird, um so eine Quelle einer regulierten Energie zu einer Funkbaugruppe einer solchen Schaltelement-Steuereinheit, um dieselbe zu betreiben, zuzuführen.

Ferner wird eine Energiesteuereinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit angegeben, die eine Energie reduziert und reguliert, die von einer Stromleitung aufgenommen ist, ohne Erzeugen von soviel Wärme wie bei Energieversorgungsbaugruppen nach dem Stand der Technik.

Darüber hinaus wird eine Energiesteuereinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit angegeben, die viel weniger Wärme als Energieversorgungsbaugruppen nach dem Stand der Technik erzeugt, um dadurch das Erfordernis für Ventilierungen zu vermeiden, um Wärme abzuführen, und um die Energiesteuereinheit weniger anfällig für die nachteiligen Effekte von Feuchtigkeit und anderen Kontaminierungen zu gestalten.

Eine Energiesteuereinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit wird beschrieben, die einen Stoßschutzschaltkreis zum Schützen der Energiesteuereinheit ebenso wie den Rest der Schaltelement-Steuereinheit gegen übermäßige Variation in der Energie von einer Stromleitung umfasst.

Eine Energiesteuereinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit wird offenbart, die für einen Betrieb innerhalb verschiedener Umgebungen geeignet ist, wo die Temperatur von –40° bis 70° Celsius reichen kann.

Eine Energiesteuereinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit wird beschrieben, die zuverlässiger ist, kostengünstiger ist und weniger Raum als Energieversorgungsbaugruppen nach dem Stand der Technik belegt.

Eine Energiesteuereinheit für eine Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit wird offenbart, die primär mittels Halbleitertechnologie ausgeführt ist, im Gegensatz zu einer traditionellen Komponentenbauweise.

Die Energiesteuereinheit ist mit Funkbaugruppen nach dem Stand der Technik kompatibel und deshalb gegen eine Energieversorgungsbaugruppe nach dem Stand der Technik für eine Schaltelement-Steuereinheit nach dem Stand der Technik substituiert werden kann.

Zusätzlich zu den Aufgaben und Vorteilen der Energiesteuereinheit nach der Erfindung, wie dies vorstehend angegeben ist, werden verschiedene andere Aufgaben und Vorteile leicht für Fachleute auf dem Gebiet der Oberleitungsfahrzeuge aus der detaillierten Beschreibung der Erfindung ersichtlich werden, insbesondere wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und mit den beigefügten Ansprüchen betrachtet wird.
1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Energiesteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, die mit einer Funkbaugruppe einer Stangenstromabnehmer-Schaltsteuereinheit nach dem Stand der Technik gekoppelt ist.
2A zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Reduktionsstufe der Energiesteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
2B zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Reduktionsstufe der Energiesteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
2C zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Reduktionsstufe der Energiesteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
2D zeigt eine schematische Darstellung einer Zerhacker-Steuerstufe der Energiesteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
2E und F zeigen eine schematische Darstellung einer Abbiege-Ausgabestufe der Energiesteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung,
2G und N zeigen eine schematische Darstellung einer Geradeaus-Ausgabestufe der Energiesteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der derzeit bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 1 dargestellt ist, ist eine Energiesteuereinheit 3 der vorliegenden Erfindung in einer Steuereinheit 800 nach dem Stand der Technik als ein Ersatz für die Energieversorgungs baugruppe nach dem Stand der Technik, die zuvor innerhalb der Steuereinheit 800 nach dem Stand der Technik enthalten war, eingesetzt. Die Energiesteuereinheit 3 führt nicht nur die Energie, die benötigt wird, zu, um eine Funkbaugruppe 801 der Steuereinheit 800 nach dem Stand der Technik zu betreiben, sondern steuert auch direkt die Umschaltung der Energie der Schaltelement-Solenoide eines Stangenstromabnehmerschalters in Abhängigkeit von Befehlssignalen, die von der Funkbaugruppe 801 nach dem Stand der Technik empfangen sind.
Die Funkbaugruppe 801 nach dem Stand der Technik 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 Geradeaussignal zeigt eine Anforderung an, den Laufpfad durch ein Schaltelement bzw. ein Kreuzherzustück so umzuschalten, dass eine Energiekollektoranordnung geradeaus dort hindurch auf einem Stromleitungsstrang in einem geraden Pfad läuft. Ein frequenzmoduliertes Linksabbiegesignal 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 Rechtsabbiegesignal eine Anforderung an, den Laufpfad so umzuschalten, dass eine Energiekollektoranordnung von der Geradeaus-Stromleitung zu einem Strang zu einer rechten Richtung hin läuft.
Die Funkbaugruppe 801 verarbeitet die in der Frequenz modulierten Signale, um Zwischen-Befehlssignale zu erzeugen, durch die die Funkbaugruppe die Zuführung von Energie zu den Schaltelement-Solenoiden der verschiedenen Stangenstromabnehmerschalter befehligt. Genauer gesagt erzeugt die Funkbaugruppe 801 ein Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal in Abhängigkeit von dem frequenzmodulierten Geradeaussignal. Die Funkbaugruppe 801 erzeugt in ähnlicher Weise ein Zwischen-Abbiege-Befehlssignal in Abhängigkeit von dem frequenzmodulierten Abbiegesignal.
Die Energiesteuereinheit 3 empfängt die Zwischen-Befehlssignale von der Funkbaugruppe 801. In Abhängigkeit von jedem solchen Zwischen-Befehlssignal führt die Energiesteuereinheit 3 Energie direkt zu den bestimmten Schaltelement-Solenoiden entsprechend zu dem Zwischen-Befehlssignal, das empfangen ist, zu, um dadurch das Erfor dernis für unzuverlässige, mechanische Relais zu eliminieren. Genauer gesagt schaltet in Abhängigkeit von dem Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal die Energiesteuereinheit 3 die Energie direkt zu einem Geradeaus-Schaltelement-Solenoid um. Wenn er erregt wird, wirkt der Geradeaus-Solenoid auf bestimmte Elemente innerhalb des Schaltelementes ein, um den Laufpfad umzuschalten, den die Energiekollektoranordnung durch das Schaltelement zu der Geradeaus-Stromleitung nehmen wird. In ähnlicher Weise schaltet in Abhängigkeit von dem Zwischen-Abbiege-Befehlssignal die Energiesteuereinheit 3 Energie direkt zu einem Abbiege-Schaltelement-Solenoid um. Wenn er erregt wird, wirkt der Abbiege-Solenoid auf bestimmte Elemente innerhalb des Schaltelementes ein, um den Laufpfad umzuschalten, den die Energiekollektoranordnung durch das Schaltelement zu der abbiegenden Stromleitung nehmen wird.
Wie nun die 2A bis H zeigen, umfasst die Energiesteuereinheit 3 der derzeit bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine erste Reduktionseinrichtung 110, eine zweite Reduktionseinrichtung 120, eine dritte Reduktionseinrichtung 130, eine Zerhacker-Steuereinrichtung 140, eine Abbiege-Ausgabeeinrichtung 150 und eine Geradeaus-Ausgabeeinrichtung 170. Die Energiesteuereinheit 3 der vorliegenden Erfindung ist eine Energieversorgung vom umschaltenden Typ, die ihren Ausgang mit Transistorschaltern im Gegensatz zu linearen Vorrichtungen, die für lineare Energieversorgungen, wie beispielsweise die Energieversorgungsbaugruppen nach dem Stand der Technik, herkömmlich sind.
Das Spannungspotential, das auf irgendeiner gegebenen Oberleitung vorhanden ist, kann von ungefähr 450 bis 770 Volt DC (Gleichspannung) fluktuieren, obwohl es sich typischerweise bei etwa 600 Volt DC mittelt. Die erste Reduktionseinrichtung 110 der Energiesteuereinheit 3 reduziert diese Spannung auf einen anfänglichen Spannungspegel von ungefähr 115 Volt DC.
In 2A ist die erste Reduktionseinrichtung 110 dargestellt, deren Konfiguration ausreichend auf dem Gebiet der Elektrotechnik bekannt ist, die, unter anderen herkömmlich verwendeten Komponenten, Widerstände R1 bis R4 und Transistoren Q1 und Q2 umfasst. In Reihe zu dem Widerstand R1 zwischen der Oberleitung und den Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 verbunden liefert der Widerstand R3 einen kleinen Teil der Spannungsreduktion der ersten Reduktionseinrichtung 110. Verglichen mit der Energie versorgungsbaugruppe nach dem Stand der Technik wird diejenige geringe Energie, die in der Energiesteuereinheit 3 verlorengeht, über den Widerstand R3 abgeführt, der vorzugsweise auf einer Wärmesenke befestigt ist.
Die erste Reduktionseinrichtung, oder Stufe, 110 umfasst auch einen Überspannungs-Schutzschaltkreis. Der Überspannungs-Schutzschaltkreis für die erste Reduktionsstufe 110 nimmt vorzugsweise die Form eines Metalloxidvaristors MOV1 an. Parallel zu der ersten Reduktionsstufe 110 zwischen der Oberleitung und Masse verbunden schützt, wie in 2A dargestellt ist, der MOV1 die erste Reduktionsstufe 110 gegen Stoßspannungen, die auf der Oberleitung entstehen können.
Gesteuert durch die Zerhacker-Steuerstufe 140 reduziert, wie nachfolgend beschrieben ist, die zweite Reduktionsstufe 120 den anfänglichen Spannungspegel, der von der ersten Reduktionsstufe 110 aufgenommen ist, auf einen sekundären Spannungspegel von ungefähr 24 Volt DC. Diese 24 Volt DC Energieversorgungsquelle ist zur Verwendung durch die Funkbaugruppe 801 nach dem Stand der Technik vorgesehen, so dass sie die notwendige Energie empfängt, um ihre Betriebsweisen durchzuführen.
Die zweite Reduktionsstufe 120 umfasst einen Herabstufungstransformator T1, zwei MOS-Feldeffekttransistoren Q6 und Q7, zwei Gleichrichterdioden D5 und D6 und einen Filterkondensator C5, wie dies in 2B dargestellt ist. Der Herabstufungstransformator T1 kann aus einer Vielfalt von solchen Vorrichtungen ausgewählt werden, die typischerweise in solchen Umschaltenergieversorgungen verwendet werden. Der Mittenabgriff der primären Wicklung des Transformators T1 verbindet sich mit dem anfänglichen Spannungspegel von 115 Volt DC, der von der ersten Reduktionsstufe 110 aufgenommen wird. Der MOSFET Q6 verbindet sich zwischen einem der äußeren Anschlussleiter der primären Wicklung des Transformators T1 und Masse. Der MOSFET Q7 verbindet den anderen der äußeren der Anschlussleiter der primären Wicklung des Transformators T1 und Masse. Jede Gleichrichterdiode D5 und D6 verbindet sich mit einem der äußeren Anschlussleiter der sekundären Wicklung des Transformators T1. Der Mittenabgriff der sekundären Wicklung des Transformators T1 verbindet sich mit Masse.
Der MOSFET Q6 schaltet zu jedem Zeitpunkt um, zu dem ein logisch hohes Signal auf der Pufferzerhackerleitung A von der Zerhacker-Steuerstufe 140 empfangen wird, wie dies nachfolgend beschrieben ist. In ähnlicher Weise schaltet der MOSFET Q7 zu jedem Zeitpunkt um, zu dem ein logisch hohes Signal auf der Pufferzerhackerleitung B empfangen wird. Die Rate, unter der die MOSFETs Q6 und Q7 altematierend ein- und ausschalten, hängt von der Konfiguration der Zerhacker-Steuerstufe 140 ab. Wie Praktikern, die auf dem elektrischen Fachgebiet erfahren sind, bekannt ist, wird durch alternierendes Umschalten der Richtung eines Stromflusses durch die primäre Wicklung des Transformators T1 ein Stromfluss in der sekundären Wicklung über eine magnetische Induktion induziert. Mit dem Energiepegel über das Windungsverhältnis des Herabstufungstransformators T1 reduziert richten dann Gleichrichterdioden D5 und D6 die positiven und negativen Komponenten dieses AC-Signals zu dem sekundären Spannungspegel von 24 Volt DC gleich. Der Kondensator C5 filtert das gleichgerichtete Signal, um den sekundären Spannungspegel zu tiefem, der für die Funkbaugruppe 801 beabsichtigt ist.
Die zweite Reduktionsstufe 120 umfasst auch einen Übergangsschutzschaltkreis, der vorzugsweise die Form bidirektionaler Zenerdioden bzw. Z-Dioden Z15 und Z16 annimmt. Jede Diode verbindet sich in Reihe zwischen Masse und einem der äußeren Leiter der primären Wicklung des Transformators T1, wie dies in 2B dargestellt ist. Die Dioden Z15 und Z16 schützen die Energiesteuereinheit 3 gegen verschiedene ungünstige elektrische Einflüsse, die in dem induktiven Stoß des Transformators T1 über einen Bereich von Temperaturen umfasst sind.
Die dritte Reduktionsstufe 130, wie sie in 2C dargestellt ist, reduziert den sekundären Spannungspegel von 24 Volt DC, der von der zweiten Reduktionsstufe 120 empfangen ist, zu einem primären Spannungspegel von ungefähr 12 Volt DC. Die dritte Reduktionsstufe 130 wandelt den sekundären Spannungspegel auf 12 Volt DC, solange wie der anfängliche Spannungspegel von 115 Volt DC von der ersten Reduktionsstufe 110 empfangen wird. Dieser primäre Spannungspegel wird dazu verfügbar gemacht, um die Energiesteuereinheit 3 mit der notwendigen Energie zu versorgen, um deren Operationen durchzuführen.
Obwohl jede der Reduktionsstufen 110, 120 und 130, die hier beschrieben sind, herkömmlich auf dem elektronischen Fachgebiet praktiziert wird, ist deren Wechselwirkung zusammen und deren Verwendung in Verbindung mit den Abbiege-Ausgabe- und Geradeaus-Ausgabestufen 150 und 170, die die vorliegende Energiesteuereinheit 3 einstellt, von der Energieversorgungsbaugruppe nach dem Stand der Technik abweichend. Weiterhin nimmt, verglichen mit ungefähr 60 Watt, die durch Energieversorgungsbaugruppen nach dem Stand der Technik als Verlust auftreten, die Energiesteuereinheit 3 nur 2 Watt Wärme beim Reduzieren der Oberleitungsspannung auf Spannungspegel, wie sie vorstehend angegeben sind, weg.
Die Zerhacker-Steuerstufe 140 umfasst einen Multivibrator oder einen ähnlichen Oszillatorschaltkreis 141, einen ersten, logischen Schaltkreis 142, einen zweiten, logischen Schaltkreis 143 und einen Abschaltschaltkreis 144, wie dies in 2D dargestellt ist. Der Multivibratorschaltkreis 141 umfasst einen Widerstand R8, einen Kondensator C6, einen ersten Ausgang 401, der sich mit dem ersten, logischen Schaltkreis 142 verbindet, einen zweiten Ausgang 402, der sich mit dem zweiten, logischen Schaltkreis 143 verbindet. Bevorzugt mit einem fünfzig prozentigen Taktzyklus arbeitend erzeugt der Multivibratorschaltkreis 141 entweder ein hohes oder ein logisch niedriges Signal von jedem seiner Ausgänge, allerdings nimmt er dies auf einer alternierenden Basis vor. Unter Bildung der Zeitkonstanten eines Widerstands-Kapazitäts-Schaltkreises bestimmen die Werte des Widerstands R8 und des Kondensators C6 die vorgegebene Rate, unter der die hohen, logischen Signale alternierend von den Ausgängen des Multivibratorschaltkreises 141 abgegeben werden.
Der erste, logische Schaltkreis 142 umfasst einen Inverter 403, ein erstes UND-Gatter 405 und ein zweites UND-Gatter 407. In ähnlicher Weise umfasst der zweite, logische Schaltkreis 143 einen Inverter 404, ein erstes UND-Gatter 406 und ein zweites UND-Gatter 408. Der Abschaltschaltkreis 144 umfasst einen Transistor Q5, Widerstände R13 und R14 und einen Inverter 409. Die Widerstände R13 und R14 dienen dazu, den Transistor Q5 nach vorzuspannen bzw. zu aktivieren, so lange wie die erste Reduktionsstufe 110 den anfänglichen Spannungspegel von 115 Volt DC zu dem Abschaltschaltkreis 144 zuführt, wie dies in 2D dargestellt ist. Der Transistor Q5 führt, wenn er aktiviert ist, ein logisch niedriges Signal zu dem Eingang des Inverters 409 hindurch. Der Inverter 409 führt dann ein logisch hohes Signal zu jedem der ersten UND-Gatter 405 und 407 des ersten und des zweiten, logischen Schaltkreises 142 und 143 jeweils hindurch, so lange wie die erste Reduktionsstufe 110 den anfänglichen Spannungspegel zu dem Abschaltschaltkreis 144 zuführt. Der Abschaltschaltkreis 144 sperrt so die Zerhacker-Steuerstufe 140, wenn die erste Reduktionsstufe 110 damit aufhört, den anfänglichen Energiepegel zu dem Abschaltschaltkreis 144 zuzuführen.
In Bezug auf die Betriebsweise der Zerhacker-Steuerstufe 140 gibt die Zerhacker-Steuerstufe 140 ein erstes Paar alternierender, logischer Signale auf den Pufferzerhackerleitungen A und B und ein zweites Paar alternierender, logischer Signale auf den Zerhackerleitungen A und B aus. Wenn der Multivibratorschaltkreis 141 ein logisch hohes Signal von seinem ersten Ausgang 401 ausgibt, führt der erste, logische Schaltkreis 142 ein logisch niedriges Signal auf sowohl dem Pufferzerhacker A als auch den Zerhacker-A-Leitungen hindurch. Genauer gesagt invertiert der Inverter 403 das logisch hohe Signal, das von dem ersten Ausgang 401 des Multivibratorschaltkreises 141 empfangen ist, um dadurch ein logisch niedriges Signal zu dem ersten UND-Gatter 405 hindurchzuführen. Ein logisch niedriges Signal an einem Eingang von dem Inverter 403 und ein logisch hohes Signal an dem anderen Eingang von dem Inverter 409 des Abschaltschaltkreises 144 anliegend führt das UND-Gatter 405 ein logisch niedriges Signal auf der Zerhackerleitung A zu der Abbiege-Ausgangs- und der Geradeaus-Ausgangsstufe 150 und 170, was nachfolgend beschrieben wird, hindurch. Ein UND-Gatter 407, das ein logisch niedriges Signal an jedem seiner Eingänge besitzt, führt dann ein logisch niedriges Signal auf der Puffer-Zerhacker-A-Leitung zu dem MOSFET Q6 der zweiten Reduktionsstufe 120, die zuvor beschrieben ist.
Während der Multivibratorschaltkreis 141 das logisch hohe Signal von seinem ersten Ausgang 401 ausgibt, gibt er simultan ein logisch niedriges Signal von seinem zweiten Ausgang 402 aus. Daraufhin führt der zweite, logische Schaltkreis 143 ein logisch hohes Signal auf sowohl der Puffer-Zerhacker-B- als auch der Zerhacker-B-Leitung hindurch. Spezifischer invertiert der Inverter 404 das logisch niedriges Signal, das von dem zweiten Ausgang 402 des Multivibratorschaltkreises 141 empfangen ist, um dadurch ein logisch hohes Signal zu dem zweiten UND-Gatter 406 hindurchzuführen. Ein logisch hohes Signal an einem Eingang von dem Inverter 404 und ein logisch hohes Signal an dem anderen Eingang von dem Inverter 409 des Abschaltschaltkreises 144 vorliegend, führt das UND-Gatter 406 ein logisch hohes Signal auf der Zerhacker-Leitung B zu der Abbiege-Ausgangs- und der Geradeaus-Ausgangs-Stufe 150 und 170 hindurch, wie dies nachfolgend beschrieben ist. Dabei führt das UND-Gatter 408, das ein logisch hohes Signal an jedem seiner Eingänge besitzt, ein logisch hohes Signal auf der Puffer-Zerhacker-Leitung B zu dem MOSFET Q7 der zweiten Reduktionsstufe 120, die zuvor beschrieben ist, hindurch. Es ist ersichtlich, dass das UND-Gatter 407 einen Pegel eines Pufferns zwischen der Puffer-Zerhacker-Leitung A und der Zerhacker-Leitung A liefert, wie dies das UND-Gatter 408 zwischen der Puffer-Zerhacker-Leitung B und der Zecrhacker-Leitung B tut.
Der Multivibratorschaltkreis 141 schaltet alternierend seine Ausgänge unter dem vorab eingestellten Verhältnis um, gibt dann simultan ein logisch niedriges Signal von seinem ersten Ausgang 401 und ein logisch hohes Signal von seinem zweiten Ausgang 402 aus. Der erste, logische Schaltkreis 142 führt dann sowohl ein logisch hohes Signal auf der Puffer-Zerhacker-Leitung A zu dem Mosfet Q6 der zweiten Reduktionsstufe 120 und ein logisch hohes Signal auf der Zerhacker-Leitung A zu der Abbiege-Ausgangs- und der Geradeaus-Ausgangs-Stufe 150 und 170 hindurch. Simultan führt der zweite, logische Schaltkreis 143 dann sowohl ein logisch niedriges Signal auf der Puffer-Zerhacker-Leitung B zu dem MOSFET Q7 der zweiten Reduktionsstufe 120 und ein logisch niedriges Signal auf der Zerhacker-Leitung B zu der Abbiege-Ausgangs- und der Geradeaus-Ausgangs-Stufe 150 und 170 hindurch.
Einfach ausgedrückt steuert über das erste Paar alternierender, logischer Signale die Zerhacker-Steuerstufe 140 die MOS-Feldeffekttransistoren Q6 und Q7 jeweils der zweiten Reduktionsstufe 120. Dabei unterstützt, über das zweite Paar alternierender, logischer Signale, die Zerhacker-Steuerstufe 140 beim Steuern der Abbiege-Ausgangs- und der Geradeaus-Ausgangs-Stufe 150 und 170.
Wie die 2E und F zeigen, umfasst die Abbiege-Ausgangsstufe 150 einen Abbiege-Eingangsschaltkreis 501, einen Abbiege-Zerhackerschaltkreis 520, einen Herabstufungs-Transformatorschaltkreis 535, einen Abbiege-Ausgangssteuerschaltkreis 540 und einen Abiege-Solenoid-Treiberschaltkreis 560. Wie insbesondere die 2E zeigt, umfasst der Abbiege-Eingangsschaltkreis 501 Widerstände R22 und R23, einen Kondensator C16 und Dioden D12, D13 und D14. Mit dem primären Spannungspegel von der dritten Reduktionsstufe 130 versorgt, dient der Widerstand R22 als ein Pull-up-Widerstand, über den 12 Volt DC über die Diode D12 zu einem Abbiegesignal-Ausgabeschaltkreis der Funkbaugruppe 801 nach dem Stand der Technik zugeführt wird. Es ist der Abbiege-Eingangsschaltkreis 501, dem dieser Abbiegesignal-Ausgabeschaltkreis nach dem Stand der Technik das Zwischen-Abbiege-Befehlssignal zuführt, wie dies zuvor be schrieben ist. Der Widerstand R22 liefert die Impedanz, gegen die dieser Abbiege-Ausgangsschaltkreis über das Zwischen-Abbiege-Befehlssignal nach unten gezogen wird. Der Widerstand R23 und der Kondensator C16 tiefem ein Filtern für den Abbiege-Eingangsschaltkreis 501. Dioden D13 und D14 schützen die Abbiege-Ausgangsstufe 150 gegen übermäßige, hohe und niedrige Variationen jeweils in dem Energiepegel, der an dem Eingang des Abbiege-Eingangsschaltkreises 501 ankommt.
Der Abbiege-Zerhackerschaltkreis 520 und der Transformator T2 tiefem im Wesentlichen eine Energieversorgung, die sowohl den Abbiege-Ausgabe-Steuerschaltkreis 540 als auch den Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis 560 steuern. Der Abbiege-Zerhackerschaltkreis 520 umfasst einen ersten Steuerschaltkreis 525 und einen zweiten Steuerschaltkreis 532. Der erste Steuerschaltkreis 525 umfasst einen Inverter 526, ein UND-Gatter 527 und einen MOSFFET Q8, und der zweite Steuerschaltkreis 532 umfasst den Inverter 526, ein UND-Gatter 533 und einen MOSFET Q9. Eine der Ausgangsleitungen der primären Wicklung des Transformators T2 verbindet sich mit dem MOSFET Q8, wogegen sich die andere Ausgangsleitung mit dem MOSFET Q9 verbindet. Der Mittenabgriff verbindet sich mit dem anfänglichen Spannungspegel von 115 Volt DC von der ersten Reduktionsstufe 110. Jeder äußere Leiter der sekundären Wicklung verbindet sich über eine der zwei Gleichrichterdioden D15 und D16 mit einer Abbiege-Steuerleitung 536. Der Mittenabgriff der sekundären Wicklung verbindet sich mit einer Abbiege-Ausgangsleitung 537. Der Abbiege-Zerhackerschaltkreis 520 funktioniert weitgehendst in derselben Art und Weise wie die Kombination der Zerhacker-Steuerstufe 140 und der zweiten Reduktionsstufe 120, die zuvor beschrieben sind.
In Bezug auf die Betriebsweise des Abbiege-Zerhackerschaltkreises 520 steuern die Zerhacker-Steuerstufe 140 über das zweite Paar der alternierenden, logischen Signale und die Funkbaugruppe 801 über das Zwischen-Abbiege-Befehlssignal die Betriebsweise des Abbiege-Zerhackerschaltkreises 520. In Abhängigkeit dieser Eingänge gibt der Abbiege-Zerhackerschaltkreis 520 ein drittes Paar alternierender, logischer Signale aus, die die Betriebsweise des Transformatorschaltkreises 535 steuern. Spezifisch führt, wenn der Abbiege-Eingangsschaltkreis 501 das Zwischen-Abbiege-Befehlssignal von der Funkbaugruppe 801 nach dem Stand der Technik empfängt, der Inverter 526 ein logisch hohes Signal zu einem Eingang sowohl des UND-Gatters 527 als auch des UND-Gatters 533 zu. Wenn die Zerhacker-Steuerstufe 140 ein logisch hohes Signal auf der Zerhacker-Leitung A zu dem anderen Eingang des UND-Gatters 527 ausgibt, führt das UND-Gatter 527 ein logisch hohes Signal hindurch, um dadurch den MOSFET Q8 einzuschalten, um einen Pfad mit einer niedrigen Impedanz gegen Masse für ein Ende der primären Wicklung des Transformators T2 zu liefern. Gleichzeitig gibt die Zerhacker-Steuerstufe 140 ein logisch niedriges Signal auf der Zerhacker-Leitung B zu dem anderen Eingang des UND-Gatters 533 aus. Das UND-Gatter 533 führt dann ein logisch niedriges Signal hindurch, um dadurch den MOSFFET Q9 auszuschalten, um einen offenen Schaltkreis für das andere Ende der primären Wicklung des Transformators T2 zu liefern. Die Gleichrichterdiode D15 richtet dann das sich ergebende AC-Signal auf der Abbiege-Steuerleitung 536 gleich.
Die Zerhacker-Steuerstufe 140 schaltet alternierend ihre Ausgänge unter einer vorab eingestellten Rate um, gibt dann simultan ein logisch niedriges Signal auf der Zerhacker-Leitung A und ein logisch hohes Signal auf der Zerhacker-Leitung B aus. Wenn ein Zwischen-Abbiege-Befehlssignal an dem Abbiege-Eingangsschaltkreis 501 erscheint, führt das UND-Gatter 527 ein logisch niedriges Signal hindurch, um dadurch den MOSFET Q8 auszuschalten, um einen offenen Schaltkreis für das andere Ende der primären Wicklung des Transformators T2 zu liefern. Simultan führt das UND-Gatter 533 ein logisch hohes Signal hindurch, um dadurch den MOSFET Q9 einzuschalten, um einen Pfad mit niedriger Impedanz gegen Masse für ein Ende der primären Wicklung des Transformators T2 zu liefern. Die Gleichrichterdiode D16 richtet dann das sich ergebende AC-Signal gleich, das in der sekundären Wicklung induziert ist, und führt das gleichgerichtete Signal auf die Abbiege-Steuerleitung 536.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass der Spannungspegel, der auf der Abbiege-Steuerleitung 536 (nachfolgend als "Abbiege-Steuerspannung" bezeichnet) des Abbiege-Zerhackerschaltkreises 520 vorhanden ist, ungefähr gleich zu demjenigen auf der Abbiege-Ausgangsleitung 537 (nachfolgend als "Abbiege-Ausgangsspannung" bezeichnet) ist, solange wie kein Zwischen-Abbiege-Befehlssignal an dem Eingang zu der Abbiege-Ausgangsstufe 150 erscheint. Wenn ein Zwischen-Abbiege-Befehlssignal erscheint, ist allerdings gleichermaßen ersichtlich, dass die Abbiege-Steuerspannung einen vorbestimmten Betrag höher als die Abbiege-Ausgangsspannung sein wird. Die relativen Spannungspegel, die durch die Abbiege-Steuer- und Abbiege-Ausgangsleitungen 536 und 537 geführt werden, steuern die Betriebsweise des Rests der Abbiege-Ausgangs stufe 150, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
Wie nun die 2F zeigt, umfasst der Abbiege-Ausgangs-Steuerschaltkreis 540 der Abbiege-Ausgangsstufe 150 Transistoren Q16 und Q17 und einen Spannungsmonitor 541. Der Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis 560 umfasst Treibertransistoren Q10 und Q11.
In Bezug auf die Betriebsweise des Abbiege-Ausgangs-Steuerschaltkreises 540, wenn er den Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis 560 steuert, fühlt der Spannungsmonitor 541 über Eingangsstifte 1 und 3, wenn die Abbiege-Steuerspannung um den vorbestimmten Betrag höher als die Abbiege-Ausgangsspannung ist. Einfach ausgedrückt gestaltet, wenn die Abbiege-Steuerspannung höher als die Abbiege-Ausgangsspannung ist, der Spannungsmonitor 541 einen Ausgangsstift 2 als Leerlaufschaltkreis, um dadurch den Transistor Q16 zu aktivieren. Dies aktiviert Treibertransistoren Q10 und Q11 des Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreises 560, um dadurch die hohe Spannung der Oberleitung zu dem Abbiege-Solenoid des Stangenstromabnehmerschalters umzuschalten. Wenn er so erregt ist, wirkt der Abbiege-Solenoid dahingehend, den Laufpfad, den die Energiekollektoranordnung über den Stangenstromabnehmerschalter nehmen wird, zu der Abbiege-Stromleitung umzuschalten.
Umgekehrt liefert, wenn die Abbiege-Steuerspannung im Wesentlichen gleich zu oder niedriger als die vorbestimmte Spannungsdifferenz ist, der Spannungsmonitor 541 einen niedrigen Impedanzpfad von dem Ausgangsstift 2 zu einem gemeinsamen mit der Abbiege-Ausgangsleitung 537, um dadurch den Transistor Q17 zu aktivieren. Dies führt die Abbiege-Ausgangsspannung zu dem Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis 560 hindurch, die unzureichend ist, um die Treibertransistoren Q10 und Q11 zu aktivieren. Die Oberleitungsspannung führt dann nicht zu dem Abbiege-Solenoid des Stangenstromabnehmerschalters.
Obwohl es ersichtlich ist, dass die Abbiege-Ausgangsstufe 150 so konfiguriert werden könnte, um ohne den Abbiege-Ausgangssteuerschaltkreis 540 zu arbeiten, stellt der Abbiege-Ausgangssteuerschaltkreis 540 sicher, dass die Treibertransistoren Q10 und Q11 des Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreises 560 schnell genug über einen weiten Bereich von Temperaturen ansprechen werden.
Wie noch die 2F zeigt, umfasst der Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis 560 der Abbiege-Ausgangs-Stufe 150 auch einen Überstromschutzschaltkreis, einen Dämpfungsschaltkreis und einen Überspannungs-Schutzschaltkreis. Der Überspannungs-Schutzschaltkreis umfasst Widerstände R46 und R47, einen Kondensator C26 und einen silizium-gesteuerien Gleichrichter SCR1. Wenn die Spannung an dem Gatter des SCR1 oberhalb eines vorab eingestellten Schwellwerts ansteigt, der zu dem SCR1 gehört, dann leitet der SCR1. Wenn der SCR1 leitet, liefert der SCR1 die Abbiege-Ausgangsspannung zu der Basis eines Treibertransistors Q10, um dadurch zu deaktivieren und dadurch die Treibertransistoren Q10 und Q11 gegen einen übermäßigen Strom zu schützen. Der Widerstand R46 fühlt den Strom, der von dem Treibertransistor Q11 aus fließt. Durch den Widerstand R47 und den Kondensator C26 gefiltert, gibt der übermäßige Strom den SCR1 frei, um zu leiten. Wenn sich die Spannung über die Anode und die Kathode des SCR1 gleicht, leitet der SCR1 nicht länger und der Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis 560 ist wieder bereit, um unter der Steuerung des Abbiege-Ausgangs-Steuerschaltkreises 540 zu arbeiten.
Der Dämpfungsschaltkreis umfasst einen Widerstand R31, Kondensatoren C20 und C27 und Dioden D17 und D18. Diese Komponenten zusammengenommen schützen die Treibertransistoren Q10 und Q11 gegen zerstörende Effekte eines zweiten Durchschlags, ein Phänomen, das der übermäßigen Belastung bipolarer Transistoren zugeordnet ist. Der Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis 560 umfasst auch Freilaufdioden D21 und D22. Der Abbiege-Solenoid speichert, als eine induktive Vorrichtung, zeitweilig Energie, wenn er durch die hohe Spannung der Oberleitung über den Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis 560 erregt wird. Wenn sich der Abbiege-Solenoid entregt, könnte die restliche Energie, wenn ihr ermöglicht wird, ungehindert in den Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis 560 zurückzufließen, die Treibertransistoren Q10 und Q11 beschädigen. Die Dioden D21 und D22 schützen diese Halbleiterumschaltelemente gegen die Entladung einer übermäßigen Energie, d.h. einen induktiven Stoß, von dem Abbiege-Solenoid des Stangenstromabnehmerschalters.
Der Überspannungs-Schutzschaltkreis kann vorzugsweise die Form von Metalloxidvaristoren MOV 2 und MOV 3 annehmen. Über den Ausgang des Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreises 560 verbunden schützt, wie in 2F dargestellt ist, der MOV3 Treibertransistoren Q10 und Q11 gegen Stoßspannungen, die auf der Oberleitung entstehen können. Über die Freilaufdioden D21 und D22 verbunden schützt der MOV 2 in ähnlicher Weise die Gegenstoßspannungen.
Wie die 2G und H zeigen, umfasst die Geradeaus-Ausgangsstufe 170 einen Geradeaus-Eingangsschaltkreis 701, einen Geradeaus-Zerhackerschaltkreis 720, einen Herabstufungs-Transformatorschaltkreis 735, einen Geradeaus-Ausgangssteuerschaltkreis 740 und einen Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreis 760. Wie insbesondere die 2G, zeigt, umfasst der Geradeaus-Eingangsschaltkreis 701 Widerstände R32 und R33, einen Kondensator C21 und Dioden D23, D24 und D25. Mit dem primären Spannungspegel von der dritten Reduktionsstufe 130 dient der Widerstand R32 als ein Pull-up-Widerstand, durch den 12 Volt DC über die Diode D23 zu dem Geradeaus-Ausgangs-Schaltkreis der Funkbaugruppe 801 nach dem Stand der Technik zugeführt wird. Es ist der Geradeaus-Eingangsschaltkreis 701, zu dem der Geradeaus-Ausgangs-Schaltkreis nach dem Stand der Technik das Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal hindurchführt, wie dies zuvor beschrieben ist. Der Widerstand R32 liefert die Impedanz, gegen die sich der Geradeaus-Ausgangs-Schaltkreis über das Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal nach unten zieht. Der Widerstand R33 und der Kondensator C21 liefern eine Filterung für den Geradeaus-Eingangsschaltkreis 701. Die Dioden D24 und D25 schützen die Geradeaus-Ausgangsstufe 170 gegen übermäßige hohe und niedrige Variationen jeweils in einem Energiepegel, der an dem Eingang des Geradeaus-Eingangsschaltkreises 701 ankommt.
Der Geradeaus-Zerhackerschaltkreis 720 und der Transformator T3 liefem im Wesentlichen eine Energieversorgung, die sowohl den Geradeaus-Ausgangssteuerschaltkreis 740 als auch den Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreis 760 steuern. Der Geradeaus-Zerhackerschaltkreis 720 umfasst einen ersten Steuerschaltkreis 725 und einen zweiten Steuerschaltkreis 732. Der erste Steuerschaltkreis 725 umfasst einen Inverter 726, ein UND-Gatter 727 und einen MOSFET Q12, und der zweite Steuerschaltkreis 732 umfasst den Inverter 726, ein UND-Gatter 733 und einen MOSFET Q13. Einer der äußeren Leiter der primären Wicklung des Transformators T3 verbindet sich mit dem MOSFET Q12, wogegen sich der andere äußere Leiter mit dem MOSFET Q13 verbindet. Der Mittenabgriff verbindet sich mit dem anfänglichen Spannungspegel von 115 Volt DC von der ersten Reduktionsstufe 110. Jeder äußere Leiter der sekundären Wicklung verbindet sich über eine der zwei Gleichrichterdioden D26 und D27 mit einer Geradeaus-Steuerleitung 736. Der Mittenabgriff der sekundären Wicklung verbindet sich mit einer Geradeaus-Ausgangsleitung 737. Der Geradeaus-Zerhackerschaltkreis 720 funktioniert im Wesentlichen in derselben Art und Weise wie die Kombination der Zerhacker-Steuerstufe 140 und der zweiten Reduktionsstufe 120, die zuvor beschrieben sind.
Die Betriebsweise des Geradeaus-Zerhackerschaltkreises 720 steuert die Zerhacker-Steuerstufe 140 durch das zweite Paar der alternierenden, logischen Signale und die Funkbaugruppe 801 durch das Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal die Betriebsweise des Geradeaus-Zerhackerschaltkreises 720. Aufgrund dieser Eingänge gibt der Geradeaus-Zerhackerschaltkreis 720 ein viertes Paar alternierender, logischer Signale aus, die die Betriebsweise des Transformatorschaltkreises 735 steuern. Genauer gesagt führt, wenn der Geradeaus-Eingabe-Schaltkreis 701 das Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal von der Funkbaugruppe 801 nach dem Stand der Technik empfängt, der Inverter 726 ein logisch hohes Signal zu einem Eingang von sowohl dem UND-Gatter 727 als auch dem UND-Gatter 733 hindurch. Wenn die Zerhacker-Steuerstufe 140 ein logisch hohes Signal auf der Zerhacker-Leitung A zu dem anderen Eingang des UND-Gatters 727 ausgibt, führt das UND-Gatter 727 ein logisch hohes Signal hindurch, um dadurch den MOSFET Q12 einzuschalten, um einen niedrigen Impedanzpfad gegen Masse für ein Ende der primären Wicklung des Transformators T3 zu tiefem. Gleichzeitig gibt die Zerhacker-Steuerstufe 140 ein logisch niedriges Signal auf der Zerhacker-Leitung B zu dem anderen Eingang des UND-Gatters 733 aus. Das UND-Gatter 733 führt dann ein logisch niedriges Signal hindurch, um dadurch den MOSFET Q13 auszuschalten, um einen offenen Schaltkreis für das andere Ende der primären Wicklung des Transformators T3 zu liefern. Eine Gleichrichterdiode D26 richtet dann das sich ergebende AC-Signal auf der Geradeaus-Steuerleitung 736 gleich.
Die Zerhacker-Steuerstufe 140 schaltet alternierend ihren Ausgang unter der vorab eingestellten Rate um, gibt dann simultan ein logisch niedriges Signal auf der Zerhacker-Leitung A und ein logisch hohes Signal auf der Zerhacker-Leitung B aus. Wenn ein Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal an dem Geradeaus-Eingangsschaltkreis 701 auftritt, führt das UND-Gatter 727 ein logisch niedriges Signal hindurch, um dadurch den MOSFET Q12 auszuschalten, um einen offenen Schaltkreis für das andere Ende der primären Wicklung des Transformators T3 zu tiefem. Simultan führt das UND-Gatter 733 ein logisch hohes Signal hindurch, um dadurch den MOSFET Q13 einzuschalten, um einen niedrigen Impedanzpfad gegen Masse für das eine Ende der primären Wicklung des Transformators T3 zu tiefem. Die Gleichrichterdiode D27 richtet dann das sich ergebende AC-Signal gleich, das in der sekundären Wicklung induziert ist, und führt das gleichgerichtete Signal auf der Geradeaus-Steuerleitung 736 hindurch.
Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich werden, dass der Spannungspegel, der auf der Geradeaus-Steuerleitung 736 (nachfolgend "Geradeaus-Steuerspannung") des Geradeaus-Zerhackerschaltkreises 720 vorhanden ist, ungefähr gleich zu demjenigen auf der Geradeaus-Ausgabeleitung 737 ist (nachfolgend "Geradeaus-Ausgangsspannung"), solange wie kein Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal an dem Eingang der Geradeaus-Ausgabestufe 170 erscheint. Wenn allerdings ein Zwischen-Geradeaus-Befehlssignal erscheint, ist es gleichermaßen ersichtlich, dass die Geradeaus-Steuerspannung einen vorbestimmten Betrag höher als die Geradeaus-Ausgangsspannung sein wird. Die relativen Spannungspegel, die durch die Geradeaus-Steuer- und Geradeaus-Ausgangs-Leitung 736 und 737 geführt werden, steuern die Betriebsweise des Rests der Geradeaus-Ausgangsstufe 170, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
Wie nun die 2H zeigt, umfasst der Geradeaus-Ausgangs-Steuerschaltkreis 740 der Geradeaus-Ausgangsstufe 170 Transistoren Q14 und Q15 und einen Spannungsmonitor 741. Der Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreis 760 umfasst Treibertransistoren Q18 und Q19.
Die Betriebsweise des Geradeaus-Ausgangs-Steuerschaltkreises 740 betreffend, wenn er den Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreis 760 steuert, fühlt der Spannungsmonitor 741 über Eingangsstifte 1 und 3, wenn die Geradeaus-Steuerspannung den vorbestimmten Betrag höher als die Geradeaus-Ausgangsspannung ist. Einfach ausgedrückt gestaltet, wenn die Geradeaus-Steuerspannung höher als die Geradeaus-Ausgangsspannung ist, der Spannungsmonitor 741 einen Ausgangsstift 2 als Leerlauf-Schaltkreis, um dadurch einen Transistor Q18 zu aktivieren. Dies aktiviert Treibertransistoren Q14 und Q15 des Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreises 760, um dadurch die hohe Spannung der Oberleitung zu dem Geradeaus-Solenoid des Stangenoberleitungsschalters umzuschalten. Der Geradeaus-Solenoid wirkt so, wenn er so erregt ist, dahingehend, den Laufpfad, den die Energiekollektoranordnung durch den Stangenoberleitungsschalter zu der Gera deaus-Stromleitung nehmen wird, umzuschalten.
Umgekehrt liefert, wenn die Geradeaus-Steuerspannung im Wesentlichen gleich zu oder geringer als die vorbestimmte Spannungsdifferenz ist, der Spannungsmonitor 741 einen niedrigen Impedanzpfad von dem Ausgangsstift 2 zu der Geradeaus-Ausgangsleitung 737, um dadurch den Transistor Q19 zu aktivieren. Dies führt die Geradeaus-Ausgangsspannung zu dem Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreis 760 hindurch, die unzureichend ist, um Treibertransistoren Q14 und Q15 zu aktivieren. Die Oberleitungsspannung führt dann nicht zu dem Geradeaus-Solenoid des Stangenoberleitungsschalters.
Obwohl es ersichtlich ist, dass die Geradeaus-Ausgangsstufe 170 so konfiguriert werden könnte, um ohne den Geradeaus-Ausgangs-Steuerschaltkreis 740 zu arbeiten, stellt der Geradeaus-Ausgangs-Steuerschaltkreis 740 sicher, dass die Treibertransistoren Q14 und Q15 des Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreises 760 schnell genug über einen weiten Bereich von Temperaturen ansprechen werden.
Wie noch die 2H zeigt, umfasst der Geradeaus-Solenolid-Treiberschaltkreis 760 der Geradeaus-Ausgangsstufe 170 auch einen Überstromschutzschaltkreis, einen Snubber- bzw. Dämpfungs-Schaltkreis und einen Überstromschutzschaltkreis. Der Überstromschutzschaltkreis umfasst Widerstände R48 und R45, einen Kondensator C25 und einen gesteuerten Silizium-Gleichrichter SCR2. Wenn die Spannung an dem Gatter des SCR2 oberhalb eines vorab eingestellten Schwellwerts ansteigt, der dem SCR2 eigen ist, leitet der SCR2. Wenn der SCR2 leitet, liefert der SCR2 die Geradeaus-Ausgangsspannung zu der Basis des Treibertransistors Q14, um dadurch zu deaktivieren und dadurch die Treibertransistoren Q14 und Q15 gegen übermäßigen Strom zu schützen. Der Widerstand R48 fühlt den Strom, der von dem Treibertransistor Q15 aus fließt. Durch die Filterung über den Widerstand R45 und den Kondensator C25 gibt der übermäßige Strom den SCR2 frei, um zu leiten. Wenn sich die Spannung über die Anode und die Kathode des SCR2 angleicht, leitet der SCR2 nicht länger und der Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreis 760 ist wieder bereit, unter der Steuerung des Geradeaus-Ausgangs-Steuerschaltkreises 740 zu arbeiten.
Der Dämpfungs-Schaltkreis umfasst einen Widerstand R41, Kondensatoren C24 und C28 und Dioden D28 und D29. Zusammen genommen schützen diese Komponenten die Treibertransistoren Q14 und Q15 gegen die zerstörenden Effekte eines zweiten Durch bruchs. Der Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreis 760 umfasst auch Freilaufdioden D32 und D33. Die Dioden D32 und D33 schützen Treibertransistoren Q14 und Q15 gegen die Entladung übermäßiger Energie von dem Geradeaus-Solenoid des Stangenoberleitungsschalters.
Der Überspannungs-Schutzschaltkreis kann vorzugsweise die Form von Metalloxid-Varistoren MOV4 und MOV5 annehmen. Verbunden über den Ausgang des Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreises 760, wie dies in 2H dargestellt ist, schützt der MOV5 die Treibertransistoren Q14 und Q15 gegen Stoßspannungen, die auf der Oberleitung entstehen können. Verbunden über die Freilaufdioden D32 und D33 schützt der MOV4 in ähnlicher Weise diese gegen Stoßspannungen.
Wie zum Stand der Technik angemerkt ist, kann die vorliegende Erfindung in einer zweiten Ausführungsform auch als ein Ersatz für eine Energiesteuereinheit verwendet werden, die in der DE 197 18 431 beschrieben ist. Die Energiesteuereinheit darin wird in einem Tandem-Betrieb mit einer Signalverarbeitungseinheit eingesetzt, um die Schaltelement-Solenoide eines Stangenstromabnehmerschalters zu steuern. Wenn die Signalverarbeitungseinheit zusammen mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, empfängt die Signalverarbeitungseinheit die sekundäre Eingangsspannung von 24 Volt DC von der zweiten Reduktionsstufe 120, um ihre Betriebsweisen vorzunehmen. Die Signalverarbeitungseinheit empfängt auch kontinuierlich von der vorliegenden Erfindung einen primären Spannungspegel, d.h. eine 12 Volt DC-Referenzspannung, die zu den Kollektoren der Treibertransistoren Q1 und Q2 eines Abbiege-Treiberschaltkreises 94 der Signalverarbeitungseinheit gerichtet wird. Es ist der Abbiege-Eingangsschaltkreis 501, zu dem dieser Abbiege-Treiberschaltkreis 94 das Zwischen-Abbiege-Befehlssignal hindurchführt, wie dies in der vorstehend erwähnten Anmeldung beschrieben ist. Die Signalverarbeitungseinheit empfängt in ähnlicher Weise kontinuierlich von der vorliegenden Erfindung eine 12 Volt DC-Referenzspannung, die zu den Kollektoren der Treibertransistoren Q3 und Q4 eines Geradeaus-Treiberschaltkreises 95 der Signalverarbeitungseinheit gerichtet wird. Es ist der Geradeaus-Eingangsschaltkreis 701, zu dem dieser Geradeaus-Treiberschaltkreis 95 das Geradeaus-Zwischen-Befehlssignal hindurchführt, wie dies in der vorstehend erwähnten Anmeldung beschrieben ist. Die Betriebsweise der vorliegenden Erfindung mit der Signalverarbeitungseinheit wird im Detail in der vorstehend erwähnten Anmeldung beschrieben.

Claims

Energiesteuereinheit für eine Steuereinrichtung eines Stangenstromabnehmerschalters zur Verwendung in Verbindung mit einer Funkbaugruppe, wobei der Stangenstromabnehmerschalter mindestens ein Schaltelement zum Umschalten des Laufpfads einer Energiekollektoranordnung eines Stangenstromabnehmers an einer Verzweigung von Stromleitungen besitzt, an der eine Abbiege-Stromleitung von einer Geradeaus-Stromleitung abzweigt, wobei die Energiesteuereinheit aufweist: (a) eine erste Reduktionseinrichtung (110) zum Reduzieren und Regulieren einer Leitungsspannung, die von der Stromleitung aufgenommen wird, auf eine erste Spannung und zum Ausgeben der ersten Spannung; (b) eine Zerhacker-Steuereinrichtung (140) zum Ausgeben eines ersten Paars logischer Wechselsignale und eines zweiten Paars logischer Wechselsignale; (c) eine zweite Reduktionseinrichtung (120), die mit der Zerhacker-Steuereinrichtung (140) und der ersten Reduktionseinrichtung (110) verbunden ist, so dass dann, wenn das erste Paar logischer Wechselsignale an der Zerhacker-Steuereinrichtung anliegt, die zweite Reduktionseinrichtung (120) die erste Spannung, die von der ersten Reduktionseinrichtung (110) geliefert wird, auf eine zweite Spannung reduziert und diese zur Verfügung stellt, so dass die zweite Spannung von der Funkbaugruppe zum Betrieb verwendet werden kann; (d) eine dritte Reduktionseinrichtung (130), die mit der zweiten Reduktionseinrichtung (120) und der ersten Reduktionseinrichtung verbunden ist, zum Aufnehmen der zweiten Spannung von der zweiten Reduktionseinrichtung (120) und der ersten Spannung von der ersten Reduktionseinrichtung (110) derart, dass die dritte Reduktionseinrichtung (130) die zweite Spannung zu einer dritten Spannung reduziert, die von der Energiesteuereinheit verwendbar ist, um diese so lange zu betreiben, wie die erste Spannung von der ersten Reduktionseinrichtung erzeugt wird; (e) eine Abbiegesignal-Ausgabeeinrichtung (150) zum Aufnehmen des zweiten Paars alternierender, logischer Signale von der Zerhacker-Steuereinrichtung (140) und der ersten Spannung von der ersten Reduktionseinrichtung (110) derart, dass dann, wenn die Abbiegesignal-Ausgabeeinrichtung (150) ein Abbiege-Befehlssignal von der Funkbaugruppe empfängt, eine Umschaltung zu der Abbiege-Stromleitung bewirkt wird; und (f) eine Geradeaussignal-Ausgabeeinrichtung (170) zum Aufnehmen des zweiten Paars alternierender, logischer Signale von der Zerhacker-Steuereinrichtung (140) und der ersten Spannung von der ersten Reduktionseinrichtung (110) derart, dass dann, wenn die Geradeaussignal-Ausgabeeinrichtung (170) ein Geradeaus-Befehlssignal von der Funkbaugruppe empfängt, die Geradeaussignal-Ausgabeeinrichtung (170) eine Umschaltung zu der Geradeaus-Stromleitung bewirkt.
Energiesteuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reduktionseinrichtung (110) einen Überspannungsschutzschaltkreis (MOV1) umfasst.
Energiesteuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reduktionseinrichtung (120) einen Transientenschutzschaltkreis (Z15, Z16) umfasst.
Energiesteuereinheit nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbiegesignal-Ausgabeeinrichtung (150) einen Überspannungsschutzschaltkreis (MOV3) umfasst.
Energiesteuereinheit nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradeaussignal-Ausgabeeinrichtung (170) einen Überspannungsschutzschaltkreis (MOV5) umfasst.
Energiesteuereinheit nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbiegesignal-Ausgabeeinrichtung (150) umfasst: (a) einen Abbiege-Eingangsschaltkreis (501) zum Empfangen des Abbiege-Befehlssignals von der Funkbaugruppe und zum Schützen der Abbiegesignal-Ausgabeeinrichtung (150) gegen Überspannungen; (b) einen Abbiege-Zerhackerschaltkreis (520), der durch das zweite Paar der logischen Wechselsignale gesteuert wird, die von der Zerhacker-Steuereinrichtung (140) empfangen werden, zum Ausgeben eines dritten Paars logischer Wechselsignale im Ansprechen auf das Abbiege-Befehlssignal, das von dem Abbiege-Eingangsschaltkreis (501) empfangen wird; (c) einen Herunterstufungs-Transformatorschaltkreis (535), der durch den Abbiege-Zerhackerschaltkreis (520) gesteuert wird, dessen primäre Wicklung einen ersten äußeren Anschluss, der eines der logischen Wechselsignale des dritten Paars aufnimmt und einen zweiten äußeren Anschluss, der das andere logische Wechselsignal des dritten Paars aufnimmt, und einen Mittenabgriff, der mit dem Ausgang der ersten Reduktionseinrichtung verbunden ist, besitzt, und dessen sekundäre Wicklung zwei äußere Anschlüsse, auf denen eine Abbiege-Steuerspannung liegt, und einen Mittenabgriff, auf dem eine Abbiege-Ausgangsspannung (537) liegt, besitzt, so dass dann, wenn das Abbiege-Befehlssignal von dem Abbiege-Eingangsschaltkreis (501) empfangen wird, die Abbiege-Steuerspannung (536) um einen vorbestimmten Betrag größer als die Abbiege-Ausgangsspannung (537) ist; (d) einen Abbiege-Ausgangs-Steuerschaltkreis (540) zum Erfassen der Abbiege-Steuerspannung (536) und der Abbiege-Ausgangsspannung (537) und zum Ausgeben eines Abbiege-Steuersignals, wenn die Abbiege-Steuerspannung um einen vorbestimmten Betrag höher als die Abbiege-Ausgangsspannung ist; und (e) einen Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis (560), der durch den Abbiege-Ausgabe-Steuerschaltkreis (540) gesteuert wird, derart, dass dann, wenn das Abbiege-Steuersignal empfangen wird, der Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis (540) ein Umschalten zu der Abbiege-Stromleitung bewirkt.
Energiesteuereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbiege-Solenoid-Treiberschaltkreis (560) einen Überspannungsschutzschaltkreis (MOV3) umfasst.
Energiesteuereinheit nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradeaussignal-Ausgabeeinrichtung (170) umfasst: (a) einen Geradeaus-Eingangsschaltkreis (701) zum Empfangen des Geradeaus-Befehlssignals von der Funkbaugruppe und zum Schützen der Geradeaussignal-Ausgabeeinrichtung (170) gegen Überspannung; (b) einen Geradeaus-Zerhackerschaltkreis (720), der durch das zweite Paar logischer Wechselsignale gesteuert wird, die von der Zerhacker-Steueceinrichtung (140) empfangen werden, zum Ausgeben eines vierten Paars logischer Wechselsignale im Ansprechen auf das Geradeaus-Befehlssignal, das von dem Geradeaus-Eingangsschaltkreis (701) empfangen wird; (c) einen Herunterstufungs-Transformatorschaltkreis (735), der durch den Geradeaus-Zerhackerschaltkreis (720) gesteuert wird, dessen primäre Wicklung einen ersten äußeren Anschluss, der eines der logischen Wechselsignale des vierten Paars aufnimmt, und einen zweiten äußeren Anschluss, der das andere logische Wechselsignal des vierten Paars aufnimmt, und einen Mittenabgriff, der mit dem Ausgang der ersten Reduktionseinrichtung verbunden ist, besitzt, und dessen sekundäre Wicklung zwei äußere Anschlüsse, auf denen eine Geradeaus-Steuerspannung (736) liegt, und einen Mittenabgriff auf dem eine Geradeaus-Ausgangsspannung (737) liegt, besitzt, so dass dann, wenn das Geradeaus-Befehlssignal von dem Geradeaus-Eingangsschaltkreis (701) empfangen wird, die Geradeaus-Steuerspannung (736) um einen vorbestimmten Betrag größer als die Geradeaus-Ausgangsspannung (737) ist; (d) einen Geradeaus-Ausgangs-Steuerschaltkreis (740) zum Erfassen der Geradeaus-Steuerspannung (736) und der Geradeaus-Ausgangsspannung (737) und zum Ausgeben eines Geradeaus-Steuersignals, wenn die Geradeaus-Steuerspannung um den vorbestimmten Betrag höher als die Geradeaus-Ausgangsspannung ist; und (e) einen Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreis (760), der durch den Geradeaus-Ausgangs-Steuerschaltkreis (740) gesteuert wird, derart, dass dann, wenn das Geradeaus-Steuersignal empfangen wird, der Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreis ein Umschalten zu der Geradeaus-Stromleitung bewirkt.
Energiesteuereinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Geradeaus-Solenoid-Treiberschaltkreis (760) einen Überspannungsschutzschaltkreis (MOV5) umfasst.
Energiesteuereinheit nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerhacker-Steuereinrichtung (140) einen Abschaltschaltkreis (144) umfasst, der die Zerhacker-Steuereinrichtung (140) sperrt, wenn die von der ersten Reduktionseinrichtung (110) gerste Spannung unter einen vorbestimmten Spannungspegel fällt.