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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ersetzen von Kleinpolrelais, welche eingesetzt werden in sicherheitsrelevanten Schaltungen für Gleich-/Wechselstromübertragungen der Eisenbahnsignaltechnik. In der Eisenbahnsignaltechnik werden zur Übertragung von signaltechnischen Informationen seit den 1960er Jahren in großer Stückzahl Kleinpolrelais (KPR) verschiedener Grundtypen eingesetzt. Die KPR werden in verschiedenen Übertragungssystemen der Leit- und Sicherungstechnik eingesetzt. In der Streckensicherung erfolgt beispielsweise die Übertragung der Blockinformationen zu den benachbarten Stellwerken, d. h. der fahrtrichtungsbezogene Informationsaustausch zwischen den Blockfeldern, über eine sogenannte Sig-Sig-Verbindung (Gleich-/Wechselstromübertragung) mit 2 × 2 Adern. Es sind derzeit noch viele Blockgruppen mit Kleinpolrelais bei der DB AG im Einsatz, die mit einem derartigen Übertragungssystem ausgerüstet sind.
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Darüber hinaus finden sich die KPR beispielsweise in weiteren LST-Anwendungen, wie z. B. in Bahnübergangs-Sicherungstechniken.
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Obwohl die KPR ursprünglich für Telegrafieanwendungen entwickelt wurden, die keinen strengen Sicherheitsvorschriften unterliegen, wurden sie von den Stellwerksherstellern aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und hohen Empfindlichkeit auch für sicherheitsrelevante Anwendungen in der Leit- und Sicherungstechnik (LST) eingesetzt. Wenngleich die KPR in der LST wesentlich seltener geschaltet werden als in einer Telegrafieanwendung, zeigt sich nach vielen Jahren ein gewisser Verschleiß. Aufgrund des geringen Kontaktabstandes und fehlender zwangsgeführter Kontakte kommt es zu einem Anstieg der Fehlerrate dieser Relais mit zunehmendem Alter. Der Einsatz der KPR wirkt sich somit zunehmend negativ auf die signaltechnische Abwicklung des Eisenbahnbetriebes aus. Zudem ist aufgrund fehlender Diagnosemöglichkeiten und des nicht steckbaren Einbaus die Instandsetzung sehr aufwändig.
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Aufgrund der festgelegten konstruktiven Eigenschaften ist die Ausfalloffenbarung im Falle eines Fehlers in bestimmten Fällen nicht immer gegeben.
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Da die globale Nachfrage dieser speziellen Relaistypen stetig abnimmt, steigen außerdem die Anschaffungskosten für die verbleibenden Anwender exorbitant.
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Ein Ersatz der KPR durch eine alternative Übertragungstechnik ist dagegen mit hohen Investitionen verbunden.
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Um den Verschleiß der in der Nachrichtentechnik eingesetzten KPR zu umgehen, wurden im Stand der Technik bereits Schaltungsanordnungen entwickelt, in denen die KPR durch elektronische Komponenten nachgebildet werden. Entscheidend für den Erfolg solcher Nachbildungen ist es, die Schalteigenschaften des Relais so nachzubilden, dass es zu keinen Verzögerungen beim Schaltvorgang kommt und die ein- und ausgehenden Signale zuverlässig erhalten bleiben.
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Die
DE 27 25 997 A1 beispielsweise beschreibt eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Nachbildung eines Telegrafenrelais, bei der mithilfe von elektronischen Bauteilen wie Transistoren, Dioden und Zenerdioden die Funktionsweise des KPR ersetzt wird.
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Die wesentlichen Nachteile der Schaltungsanordnungen im Stand der Technik liegen darin, dass es sich durchweg um recht aufwändige Zusammenstellungen elektronischer Komponenten handelt. Um für sicherheitsrelevante Anwendungen für solche Schaltungsanordnungen eine Zulassung zu erhalten, ist dementsprechend ein hoher Aufwand erforderlich. Weiterhin ist die Vorhaltung der zugehörigen Bauteile für Wartungs- und Instandhaltungszwecke nicht gewährleistet, was bei den recht alten Lösungen dem damaligen Stand der Technik geschuldet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Nachbildung von KPR bereitzustellen, die unter Verwendung moderner elektronischer Komponenten einen einfachen Aufbau mit möglichst wenigen Bauteilen besitzt und gleichzeitig die in der Leit- und Sicherheitstechnik gestellten Anforderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit erfüllt. Bei Design und Bauteildimensionierung soll zudem eine bessere Stabilität und ein genaueres Ansprechverhalten der Schaltungsanordnung im Vergleich zu den KPR erreicht werden. Weiterhin soll die Schaltung so aufgebaut sein, dass der Austausch der KPR in einfacher Art und Weise erfolgen kann.
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Diese Aufgaben werden durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 stellt eine Schaltungsanordnung zum Ersetzen eines Kleinpolrelais dar, das mindestens einen Kontakt mit mindestens einer Arbeitsstellung besitzt und in Gleich-/Wechselstromübertragungs-Schaltungen der Eisenbahnsignaltechnik einsetzbar ist. Ausgangspunkte der Schaltungsanordnung sind die elektrischen Eigenschaften des zu ersetzenden KPR, dessen Relaisspulen einen ohmschen Anteil sowie einen induktiven Anteil enthalten. Die ohmschen Widerstände der aus der ursprünglichen Schaltung entfernten Relaisspulen des Kleinpolrelais sind durch passende Ersatz-Widerstände ersetzt, der induktive Anteil wird vernachlässigt, da er für die Schaltfunktion bei anliegender gleichgerichteter Wechselspannung nicht benötigt wird. Die ungünstigen Kontakteigenschaften der zu ersetzenden KPR werden dadurch umgangen, dass die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ein Ersatzrelais mit einem leistungsfähigen Kontakt mit größerem Kontaktabstand verwendet. Um die Schaltbedingungen für das leistungsstärkere Ersatz-Relais zu erfüllen, verstärken Verstärkerelemente die an den ohmschen Widerständen abfallenden Spannungen geeignet. Durch Verwendung von hochzuverlässigen Verstärkerelementen und Relais mit leistungsfähigen Kontakten werden die Vorgaben an die Zuverlässigkeit und Sicherheit erfüllt. Gleichzeitig bleibt das Schaltverhalten der Schaltungsanordnung äquivalent zum Schaltverhalten von KPR.
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Kleinpolrelais werden häufig auch mit Kontakten mit mehreren Arbeitsstellungen verwendet. So kann z. B. eine mittlere Kontaktzunge sowohl nach rechts als auch nach links an zwei unterschiedliche Kontakte gezogen werden. Dadurch ergeben sich auch zwei unterschiedliche Möglichkeiten, jeweils einen Stromkreis zu schalten. Für jede Arbeitsstellung gibt es i. A. im KPR mindestens eine eigene Relaisspule, die bei Erregung durch einen angelegten Strom die Kontaktzunge in die jeweilige Arbeitsstellung zieht.
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Erfindungsgemäß ist die Schaltungsanordnung zum Ersetzen solcher KPR so ausgelegt, dass zu jeder Möglichkeit, mithilfe eines Kontakts eines KPR einen Stromkreis zu schließen, ein eigenes Ersatz-Relais verwendet wird. Die für das Schalten dieser Ersatz-Relais erforderlichen Spannungen werden an den die zugehörigen KPR-Relaisspulen nachbildenden ohmschen Widerständen abgegriffen, von eigenen Verstärkerelementen verstärkt und auf das der Schaltmöglichkeit zugeordnete Ersatz-Relais angelegt. Wenn also in der ursprünglichen Originalschaltung ein Eingangssignal dazu führt, dass ein KPR mithilfe einer Relaisspule in eine bestimmte Arbeitsstellung gesteuert wird, so wird die Spannung nun erfindungsgemäß an dem Ersatz-Widerstand abgegriffen, der diese Relaisspule ersetzt, von einem Verstärkerelement verstärkt und auf das dieser Arbeitsstellung zugeordnete Ersatz-Relais gelegt, das daraufhin seinen Kontakt schaltet.
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Bei vielen Schaltungsanordnungen von KPR in der LST besitzt das KPR zwei Arbeitsstellungen A und B und eine Ruhestellung O. Ist das KPR in der Ruhestellung O, wird kein Signal weitergegeben. Befindet sich das KPR in Stellung A, wird der Stromkreis A geschaltet, befindet sich das KPR in Stellung B, wird der Stromkreis B geschaltet. Das Schalten des KPR erfolgt häufig, indem auf der Eingangsseite des KPR mithilfe von Gleichrichtern die Stromrichtung des eingehenden Signals erfasst wird. Je nach Stromrichtung im Eingangskreis wird dann entweder Arbeitsstellung A oder B geschaltet, indem die zugehörige Relaisspule bestromt wird. Bei solchen Schaltungen ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Ersetzen des KPR so ausgelegt, dass die zu den beiden Arbeitsstellungen des KPR korrespondierenden Ersatz-Relais im Ausgangsskreis parallel zueinander geschaltet sind. Zum Unterscheiden der beiden unterschiedlichen Eingangsstromrichtungen werden dabei den Ersatz-Relais Gleichrichterelemente in Reihe geschaltet. Dies erfolgt derart, dass die Gleichrichterelemente zueinander entgegengesetzt gepolt geschaltet sind. Dies bedeutet, dass aufgrund der Gleichrichterelemente die parallel geschalteten Ersatz-Relais jeweils nur für eine bestimmte Stromrichtung bestromt werden. Wird der Eingangsstromkreis demnach mit der zur Arbeitsstellung A des zu ersetzenden KPR gehörenden Stromrichtung bestromt, so wird nur das zur Arbeitsstellung A korrespondierende Ersatz-Relais bestromt und schließt seinen Kontakt. Am anderen Ersatz-Relais liegt aufgrund der Parallelschaltung der Ersatz-Relais zwar die gleiche Spannung an, durch die gegenpolig geschalteten Gleichrichterelemente, die jeweils in Reihe zu den Ersatz-Relais geschaltet sind, wird jedoch ein Stromfluss durch das andere Ersatz-Relais verhindert. Umgekehrt verhält es sich, wenn die Stromrichtung im Eingangskreis entgegengesetzt ist. Dann wird nur das zur Arbeitsstellung B korrespondierende Ersatz-Relais bestromt und schließt seinen Kontakt, während das andere Ersatz-Relais stromlos bleibt.
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In Schaltungen der KPR, bei denen mehrere Relaisspulen auf dieselbe Arbeitsstellung eines Kontakts wirken, wird ebenfalls ein Ersatz-Relais pro Arbeitsstellung verwendet. Für jede der Relaisspulen werden entsprechende ohmsche Widerstände verwendet, an denen die abgegriffene Spannung von jeweils einem eigenen Verstärkerelement verstärkt wird. Die zum Anzug des Ersatz-Relais aufzuwendende Spannung wird nun auf die mehreren Verstärkerelemente verteilt, so dass sie in Summe der geforderten Anzugsspannung entsprechen. Dies lässt sich besonders vorteilhaft durch eine Aufteilung in entgegengesetzt gerichtete Potentiale erreichen. Wenn also beispielsweise im zu ersetzenden KPR zwei Relaisspulen zum Anzug des KPR in eine Arbeitsstellung vorlagen, so sind in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zwei Ersatz-Widerstände vorhanden, je ein Ersatz-Widerstand pro Relaisspule, die jeweils ein Verstärkerelement zum Verstärken der am Ersatz-Widerstand abfallenden Spannung aufweisen. Erfindungsgemäß sind die von den Verstärkerelementen an den beiden Ersatz-Widerständen verstärkten Ausgangspotentiale gegensätzlich gepolt. Das eine Verstärkerelement liefert das verstärkte Potential +Uv, während das andere zur gleichen Arbeitsstellung des KPR korrespondierende Verstärkerelement das verstärkte Potential –Uv bezüglich einem gemeinsamen Bezugspunkt liefert. Zwischen den Potentialausgängen der Verstärkerelemente liegt demnach ein Potentialunterschied von 2 Uv. Erfindungsgemäß ist Uv in diesem Fall so gewählt, dass 2 Uv mindestens genau der Anzugsspannung des Ersatz-Relais entsprechen.
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Vorteilhaft werden als Verstärkerelemente Operationsverstärker verwendet. Diese Operationsverstärker sind als bewährte, zuverlässige und kostengünstige Bauteile auf dem Markt für Elektronikkomponenten verfügbar. Damit die Operationsverstärker die Eingangsspannung auf die zum Schalten des Ersatz-Relais erforderliche Spannung verstärken können, müssen sie an eine entsprechende Versorgungsspannung angeschlossen sein.
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Wenn ein Ersatz-Relais eine höhere Anzugsspannung benötigt, als mit einem vorgesehenen Operationsverstärker erreicht wird, ist es vorteilhaft eine elektronische Verstärkerstufe hinter den Ausgang eines jeden Operationsverstärker-Kanals zu schalten. In dieser zusätzlichen Verstärkerstufe wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers entsprechend verstärkt.
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Eine solche elektronische Verstärkerstufe kann beispielsweise über Transistoren oder, besonders vorteilhaft über Feldeffekt-Transistoren wie MOSFETs realisiert werden. Die so verstärkte Ausgangsspannung des Operationsverstärkers ist höher als die Anzugsspannung des Ersatz-Relais, liegt aber unterhalb der Nennspannung des Ersatz-Relais.
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Die Ersatz-Relais sind vorteilhaft Relais mit zwangsgeführten Kontakten und einer hohen Isolationsfestigkeit.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen, die durch mehrere Figuren dargestellt sind, näher erläutert.
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1 zeigt eine beispielhafte Realisierung der Erfindung zum Ersatz eines GBE-Relais, das in einer Blockgruppe eines SpDr L60-Stellwerks eingesetzt wird. Der linke Schaltungsteil empfängt bei Gleisbelegung die Vorblockmeldung als ca. 30 V Wechselspannung über die Fernmeldeleitung an a'/b' und speist über die Drossel Dr1 und die beiden Gleichrichter Gr1 und Gr2 die beiden Relaisspulen des Kleinpolrelais „GBE” an den Pins 4–1 und 8–5. Beide Spulen werden in gleicher Richtung vom Strom durchflossen und bewirken einen Anzug des gemeinsamen Relaisankers der wiederum einen Schaltkontakt betätigt.
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Im rechten Teil der Figur ist die erfindungsgemäße Realisierung einer Ersatzschaltung für das Kleinpolrelais „GBE” gezeigt. Für jede der beiden Relaisspulen des KPR ist ein ohmscher Ersatzwiderstand vorhanden, an dem die abfallende Spannung mithilfe von einem Operationsverstärker als Verstärkerelement abgegriffen und verstärkt wird. In der Ersatzschaltung werden demnach die beiden Relaisspulen des KPR an den Pins 4–1 und 8–5 durch Widerstände ersetzt. Der induktive Anteil der Relaisspulen wird angesichts der durch die Gleichrichter gleichgerichteten Wechselspannung vernachlässigt und bedarf keiner Ersatzschaltung. Die an den beiden Widerständen abfallenden Spannungen werden zweikanalig durch zwei Operationsverstärker, die als Differenzverstärker ausgelegt sind, verstärkt. Die Polung der Eingänge der Operationsverstärker ist gegenläufig angeordnet, so dass der obere Verstärker die anliegende Spannung an seinem Eingangsparallelwiderstand gegenüber einem Bezugspunkt als Nullpotential positiv verstärkt und der untere Verstärker die anliegende Spannung an seinem Eingangsparallelwiderstand gegenüber dem gleichen Bezugspunkt negativ verstärkt. Die Verstärkung beider Operationsverstärker ist so ausgelegt, dass die Spannung, die das KPR zum Anzug benötigt, den Verstärker auf ca. 6 V Ausgangsspannung treibt. Die Ausgangsspannung von 6 V des oberen Verstärkers und die Ausgangsspannung des unteren Verstärkers von –6 V gegen den gemeinsamen Bezugspunkt ergeben einen Spannungshub von 12 V zwischen den Ausgängen der Operationsverstärker. Zwischen die Ausgänge der Operationsverstärker ist ein Ersatz-Relais (Rel) geschaltet, das eine Anzugsspannung von 12 V und eine Nennspannung von 24 V besitzt. Beide Spulen des KPR sind daher durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nachgebildet, sodass das KPR aus der Schaltung entfernt werden kann. Wenn eine Wechselspannung über die Fernmeldeleitung übertragen wird, erzeugt die verbleibende Originalschaltung wie bisher die gleichen gleichgerichteten Wechselspannungen, die, verstärkt durch die Operationsverstärker, das Ersatz-Relais zum Anzug bringen. Bei Abschaltung der Wechselspannung fällt die Eingangsspannung für die Operationsverstärker weg, deren Ausgänge gehen gegen 0 V und das Ersatz-Relais fällt ab. Das Schaltverhalten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung entspricht daher dem Schaltverhalten der Originalschaltung, kommt aber ohne die störungsanfälligen KPR aus. Die an den Eingängen der Operationsverstärker antiparallel geschalteten Dioden verhindern unzulässig hohe Spannungen an den Eingängen.
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2a) zeigt, wie das Ersatz-Relais der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit seinem Schließerkontakt den Kontakt A–Z der Originalschaltung 1:1 ersetzt. Die in der Originalschaltung vorgesehene Bestromung des Kontakts mit Wechselstrom wäre für den leistungsfähigeren Kontakt des Relais mit seinem höheren Kontaktabstand nicht mehr erforderlich. Ebensowenig wäre die Trennung durch einen Trafo notwendig, wenn das eingesetzte Relais eine genügend hohe Prüfspannung zwischen Kontakt und Spule besitzt und damit eine ausreichende Isolationskoordination zwischen Innenschaltung der Relaisgruppe und der Fernmeldeleitung bereitstellt.
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2b) zeigt die Speisung der Operationsverstärker, die über einen Miniatur-DC/DC-Wandler erfolgt, der aus der 60 V-Versorgung der Relaisgruppe gespeist wird. Hierfür sind zwei zusätzliche Anschlüsse des Relaissockels des Ersatz-Relais mit den 60 V und 60 V GND zu beschalten.
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Des Weiteren ist die Ersatzlösung als steckbare Komponente ausgeführt, um im Störungsfall einen kostenintensiven Austausch der kompletten Relaisbaugruppe zu vermeiden. Da die neue Lösung gegenüber der alten KPR-Lösung steckbar ausgeführt wird und von den Abmessungen identisch mit der KPR-Lösung ist, kann im Bedarfsfall, z. B. bei einer Störung, ein unmittelbarer Austausch erfolgen. Der bisher im Stand der Technik erforderliche Ersatz der kompletten Relaisbaugruppen im Störungsfall ist nicht mehr notwendig. Dadurch können die Kosten für die Instandhaltung deutlich minimiert werden.
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3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Ersatz eines KPR mit zwei Arbeitsstellungen. Ersetzt werden soll das SME-Relais in einer Blockgruppe eines SpDr L60-Stellwerks. Der linke Schaltungsteil zeigt die Originalschaltung, in der die beiden Relaisspulen des KPR als SME-Relais deklariert sind und an den Pins 1–4 und 5–8 angeschlossen sind. Die Halt- oder Fahrtpolung wird über eine hier nicht dargestellte Fernmeldeleitung empfangen und als Gleichspannung über die Widerstände Wi1 und Wi2 abgegriffen. Liegt keine Spannung an, bleibt das KPR in Ruhestellung, was bedeutet, dass keiner der beiden Kontakte A–Z oder A–T geschlossen ist. Wenn ein Gleichspannungssignal auf der Fernmeldeleitung anliegt, wird ausgewertet, welche Polarität die Spannung hat. Je nach Richtung der Spannung schaltet das KPR entweder den A–Z- oder den A–T-Kontakt, indem die zugehörige Relaisspule bestromt wird. In der erfindungsgemäßen Ersatzschaltung sind die beiden KPR-Relaisspulen an den Pins 1–4 und 5–8 durch Widerstände ersetzt. Der induktive Anteil der KPR-Relaisspulen wird angesichts der anliegenden Gleichspannung vernachlässigt und bedarf keiner Ersatzschaltung.
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Die an den beiden Ersatz-Widerständen abfallenden Spannungen werden zweikanalig durch Operationsverstärker, die als Differenzverstärker ausgelegt sind, verstärkt. Die Polung der Eingänge der Operationsverstärker ist gegenläufig angeordnet, sodass der obere Verstärker die anliegende Spannung an seinem Eingangsparallelwiderstand positiv verstärkt und der untere Verstärker die anliegende Spannung an seinem Eingangsparallelwiderstand negativ verstärkt. Die Verstärkung beider Operationsverstärker ist so ausgelegt, dass die Spannung, die das KPR zum Anzug benötigt, den oberen Verstärker bei Fahrtpolung auf 6 V Ausgangsspannung und den unteren Verstärker auf –6 V Ausgangsspannung treibt. Bei Haltpolung liefert der obere Verstärker –6 V Ausgangsspannung und der untere Verstärker 6 V Ausgangsspannung. In beiden Fällen liegt zwischen den Ausgängen der Operationsverstärker eine Potentialdifferenz von 12 V. Zwischen die Ausgänge der Operationsverstärker sind zwei Ersatz-Relais Rel(T) und Rel(Z) parallel geschaltet, die beide eine Anzugsspannung von 12 V und eine Nennspannung von 24 V besitzen. Über entgegengesetzt gerichtete Dioden, die in Reihe mit je einem Ersatz-Relais geschaltet sind, kann je nach Polung der Eingangs- und damit der Ausgangsspannung der Operationsverstärker nur das eine oder das andere Ersatz-Relais anziehen und damit entsprechend der übertragenen Polung den Halt- oder Fahrtbegriff melden. Je nachdem, welche Polung über die Fernmeldeleitung übertragen wird, wird diese durch die Operationsverstärker verstärkt und das jeweilige Ersatz-Relais zum Anzug bringen. Bei Abschaltung der Gleichspannung fällt die Eingangsspannung für die Operationsverstärker weg, deren Ausgangsspannungen gehen gegen 0 V und keines der Ersatz-Relais kann anziehen. Die an den Eingängen der Operationsverstärker anti-parallel geschalteten Dioden verhindern unzulässig hohe Spannungen an den Eingängen.
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4a) zeigt, wie die in Bild dargestellten Ersatz-Relais Rel(T) und Rel(Z) mit ihrem jeweiligen Schließerkontakt die ursprünglich in der Schaltung vorhandenen Kontakte A–Z und A–T ersetzen. Die in der Originalschaltung vorgesehene Bestromung des Kontakts mit Wechselstrom wäre für den leistungsfähigeren Kontakt des Relais mit seinem höheren Kontaktabstand nicht mehr erforderlich. Ebensowenig wäre die Trennung durch einen Trafo notwendig, wenn das eingesetzte Relais eine genügend hohe Prüfspannung zwischen Kontakt und Spule besitzt und damit eine ausreichende Isolationskoordination zwischen Innenschaltung der Relaisgruppe und der Fernmeldeleitung bereitstellt. Da bei dem Umschaltkontakt des KPR der Originalschaltung in einem ordnungsgemäßen Betrieb nicht beide Arbeitsstellungen gleichzeitig möglich sind, sind in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Ersatz-Relais mit zwangsgeführten Kontakten eingesetzt, bei denen beide Schaltstellungen durch Öffnerkontakte des jeweils anderen Ersatz-Relais verriegelt sind.
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4b) zeigt die Speisung der Operationsverstärker, die wie im ersten Beispiel über einen Miniatur-DC/DC-Wandler erfolgt, der aus der 60 V-Versorgung der Relaisgruppe gespeist wird. Hierfür sind zwei zusätzliche Anschlüsse des Relaissockels des Ersatz-Relais mit den 60 V und 60 V GND zu beschalten.
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Des Weiteren ist die Ersatzlösung als steckbare Komponente ausgeführt, um im Störungsfall einen kostenintensiven Austausch der kompletten Relaisbaugruppe zu vermeiden. Da die neue Lösung gegenüber der alten KPR Lösung steckbar ausgeführt wird und von den Abmessungen identisch mit der KPR Lösung ist, kann im Bedarfsfall, z. B. bei einer Störung, ein unmittelbarer Austausch erfolgen. Der bisher im Stand der Technik erforderliche Ersatz der kompletten Relaisbaugruppen im Störungsfall ist nicht mehr notwendig. Dadurch können die Kosten für die Instandhaltung deutlich minimiert werden.
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5 zeigt eine Realisierung der in 1 gezeigten Schaltung mit nachgeschalteten MOSFET-Verstärkerstufen in den Ausgangskreisen der Operationsverstärker-Kanäle, zum Ersatz eines GBE-Relais, wobei das Ersatz-Relais (Rel) im Gegensatz zur 1 in diesem Beispiel eine Anzugsspannung aufweist, die größer ist als der von den Operationsverstärkern lieferbare Spannungshub. Die MOSFET verstärken die von den Ausgängen der Operationsverstärker gelieferten Spannungen, da diese für sich genommen nicht ausreichen würden, das Ersatz-Relais zu schalten. Jeder Operationsverstärker-Kanal treibt einen eigenen MOSFET. So steuert bei GBE-Empfang der Operationsverstärker IC1 den N-Kanal MOSFET 1, indem die positive Ausgangsspannung auf den Gate-Eingang des MOSFET 1 angelegt ist und somit das positive Ausgangssignal des Operationsverstärkers verstärkt wird. Der gegenläufig arbeitende IC2 steuert den P-Kanal MOSFET 2 indem die negative Ausgangsspannung auf den Gate-Eingang des MOSFET 2 angelegt ist und somit das negative Ausgangssignal des Operationsverstärkers verstärkt wird.
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Die Verstärkung beider Operationsverstärker ist so ausgelegt, dass die Spannung, die das Kleinpolrelais zum Anzug benötigt, die MOSFET-Stufe auf ca. 20 V Ausgangsspannung treibt. Die Ausgangsspannung von +10 V des oberen Verstärkers und die Ausgangsspannung des unteren Verstärkers von –10 V ergeben den Spannungshub von 20 V. Zwischen die Ausgänge der Operationsverstärker ist ein Ersatz-Relais „Rel” geschaltet, das eine Anzugsspannung von 14 V und eine Nennspannung von 24 V besitzt. Die Zenerdiode ZD3 mit einer Zenerspannung von 5,6 V in Reihe mit der Relaisspule des Ersatz-Relais sorgt für eine Feinabstimmung des Schaltpunktes des Ersatz-Relais. Bei Gleisbelegung leuchtet die LED „GBE” und zeigt dem Instandhalter damit den Anzug des GBE-Ersatz-Relais an. Die Zenerdiode ZD1 ist so dimensioniert, dass erst bei Erreichen der Anzugsspannung des Ersatz-Relais die LED GBE leuchtet. Eine direkte Steuerung der LED durch einen eigenen Kontakt des Ersatz-Relais wäre ebenfalls möglich, wenn ein entsprechendes Ersatz-Relais verfügbar ist, das im Kleinpolrelaisgehäuse Platz findet.
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6 zeigt einen Teil einer Realisierung der in 3 gezeigten Schaltung mit nachgeschalteten MOSFET-Verstärkerstufen in den Ausgangskreisen der Operationsverstärker-Kanäle, wobei die Ersatz-Relais Rel(T) und Rel(Z) im Gegensatz zur 3 in diesem Beispiel eine Anzugsspannung aufweisen, die größer ist als der von den Operationsverstärkern lieferbare Spannungshub. Zur Vereinfachung der Darstellung wird in 6 nur der Anteil der Schaltung gezeigt, der das Ersatz-Relais Rel(T) steuert. Jeder Operationsverstärker-Kanal treibt einen eigenen MOSFET. So steuert bei Haltempfang der Operationsverstärker IC1 den N-Kanal MOSFET 1, indem die positive Ausgangsspannung über die Diode D1 auf den Gate-Eingang des MOSFET 1 angelegt ist und somit das positive Ausgangssignal des Operationsverstärkers verstärkt wird. Der gegenläufig arbeitende Operationsverstärker IC2 steuert den P-Kanal MOSFET 2, indem die negative Ausgangsspannung über die Diode D3 auf den Gate-Eingang des MOSFET 1 angelegt ist und somit das negative Ausgangssignal des Operationsverstärkers verstärkt wird. Hier wird ein Ersatz-Relais mit einer Anzugsspannung von 14 V verwendet, sodass die Verstärkung der in 3 verwendeten Operationsverstärker nicht ausreicht, um das Ersatz-Relais direkt zum Anzug zu bringen. Bei Haltpolung wird somit die Ausgangspannung des oberen Operationsverstärkers IC1 durch MOSFET 1 auf +10 V verstärkt, während die Ausgangsspannung des unteren Operationsverstärkers IC2 durch MOSFET 2 auf –10 V verstärkt wird. Dies ergibt einen Spannungshub zwischen den Ausgängen der beiden MOSFET von 20 V, der geeignet ist, das Ersatz-Relais sicher zum Anzug zu bringen. Die Zenerdiode ZD3 mit einer Zenerspannung von 5,6 V in Reihe mit der Relaisspule sorgt für eine Feinabstimmung des Schaltpunktes des Relais.
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Die hierzu analoge Schaltung für den Fahrtempfang ist in 7 dargestellt. Hier ist zu beachten, dass lediglich der Schaltungsanteil dargestellt ist, der zum Steuern des Ersatz-Relais Rel(Z) verwendet wird, sodass hier im Vergleich zur 6 N- und P-MOSFET vertauscht sind. So steuert bei Fahrtempfang der Operationsverstärker IC1 den P-Kanal MOSFET 1, indem die negative Ausgangsspannung über die Diode D2 auf den Gate-Eingang des MOSFET 1 angelegt ist und somit das negative Ausgangssignal des Operationsverstärkers verstärkt wird. Der gegenläufig arbeitende Operationsverstärker IC2 steuert den N-Kanal MOSFET 2, indem die positive Ausgangsspannung über die Diode D4 auf den Gate-Eingang des MOSFET 2 angelegt ist und somit das positive Ausgangssignal des Operationsverstärkers verstärkt wird. Die Ausgangsspannung von –10 V des oberen Verstärkers und die Ausgangsspannung des unteren Verstärkers von +10 V ergeben den Spannungshub von 20 V. Zwischen die Ausgänge der Operationsverstärker ist ein Relais geschaltet, das eine Anzugsspannung von 14 V und eine Nennspannung von 24 V besitzt. Die Zenerdiode ZD4 mit einer Zenerspannung von 5,6 V in Reihe mit der Relaisspule des Ersatz-Relais sorgt für eine Feinabstimmung des Schaltpunktes des Ersatz-Relais. Durch die Dioden D1–D4 kann je nach Polung der Eingangs- und damit auch der Ausgangsspannung der Operationsverstärker nur das eine oder das andere Ersatz-Relais angesteuert werden und damit entsprechend der übertragenen Polung den Halt- oder Fahrtbegriff melden. Je nachdem welche Polung über die Fernmeldeleitung übertragen wird, wird diese durch die Operationsverstärker verstärkt und das jeweilige Ersatz-Relais zum Anzug gebracht. Bei Abschaltung der Gleichspannung fällt die Eingangsspannung für die Operationsverstärker weg, deren Ausgänge gehen gegen 0 V und keines der Relais ist angezogen. Bei Haltpolung leuchtet die LED1 und zeigt dem Instandhalter damit den Anzug des Ersatz-Relais Rel(T) an. Bei Fahrtpolung leuchtet die LED2 und zeigt dem Instandhalter damit den Anzug des Ersatz-Relais Rel(Z) an. Auch hier sind die Zenerdioden ZD1 bzw. ZD2 so dimensioniert, dass erst bei Erreichen der Anzugsspannung des zugehörigen Ersatz-Relais die LEDs leuchten. Eine direkte Steuerung der LEDs durch jeweils eigene Kontakte der Ersatz-Relais wäre ebenfalls möglich, wenn entsprechende Ersatz-Relais verfügbar sind, die im Kleinpolrelaisgehäuse Platz finden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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