DE2121972A1

DE2121972A1 - Wechselstrom-Gleisstromkreisanordnung

Info

Publication number: DE2121972A1
Application number: DE19712121972
Authority: DE
Inventors: Henry Coleman Adams Basin N.Y. Sibley (V.StA.)
Original assignee: General Signal Corp
Current assignee: SPX Corp
Priority date: 1970-05-04
Filing date: 1971-05-04
Publication date: 1971-11-25
Also published as: GB1336670A; FR2091200A5; NL7106099A; BR7102691D0; CA938369A; US3670161A

Description

DR. ING. A. VAN DER WERTH DR. FRANZ LEDERER

21 HAMBURG 90 . 3 MÜNCHEN 80

WILSTOKFEK STR. »2 - TEL. I04II) 770861 . LUCILE-CRAHN-STR. 23 -TEL. Ι0Λ1ΙΙ 440846

München, 4. Mai 1971 L/R - "6477

Anmelder: GENERAL SIGNAL CORPORATION, Rochester, New York 14602, USA

Wechselstrom-GleisstromkreisanordnunK

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleisstromkreisanordnung für Gleise mit zusammenhängenden Schienen und mit Begrenzungs-Überbrückungen zum Bestimmen der Enden eines Blocks oder Streckenabschnitts.

Gleisstromkreise mit zusammenhängenden Schienen haben allgemein eine ungenaue Abgrenzung; ein sich dem Ende des Stromkreises nähernder Zug kann also bei unterschiedlicher Entfernung zu einem Belegungssignal führen, je nach dem-Lastwiderstand und der Batteriespannung. Bei Gleichstrom-Gleisstromkreisen mit isolierenden Zwischenstücken ist es möglich, verhältnismäßig lange Gleisstromkreise vorzusehen; hierbei wird selbst bei einem nur einen schwachen Nebenschluß ergebenden Fahrzeug ein Relais, das an einem Ende durch eine den Gleisstromkreis vom anderen Ende her speisende Stromquelle gehalten wird, abfallen und eine Peststellung des Fahrzeugs auch unter sehr ungünstigen Bedingungen ergeben. Bei Gleisstromkreisen mit zusammenhängenden Schienen wird die Begrenzung des Gleisstromkreises mit Hilfe einer Überbrückung über die Schienen an den äußersten Enden des Gleisstromkreises bewirkt.

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DEUTSCHE IANK AC. HARiURO O3/20&I3 POSTSCHECK· HAMBURG 117320

Bei Betrachtung der Impedanz eines Gleichstrom-Gleisstroiskreises wird der induktive Blindwiderstand der Schienen vernachlässigt, da sein Einfluß auf die Gesamtimpedanz des Kreises praktisch Null ist. Bei der Verwendung von Wechselstrom ist jedoch der induktive Schienen-Blindwiderstand zu beachten, der sich mit der Frequenz des Eingangsstroms erhöht. Zum Zweck von Eisenbahn-Signalisierungsvorgängen wird der von einem Eisenbahnfahrzeug verursachte Nebenschluß als mit einem,Koraalwert von 0,06 Ohm betrachtet. Bewegt sich nun der Fahrzeug-Nebenschluß auf die Begrenzungs-Uberbrückung des Stromkreises ™ zu, so kann verständlicherweise angenommen werden, daß bei einem bestimmten Punkt in der Nähe des Endes des Gleisstronkreises die Begrenzungs-Überbrückung mehr Strom zieht als der Fahrzeug-Nebenschluß. Dies kommt daher, daß die Impedanz der durch die Begrenzungs-Überbrückung gekoppelten Schienen niedriger ist als die Impedanz des Fahrzeug-Nebenschlusses. Unter diesen Umständen verliert eine Vorrichtung, die auf den Gleis— strom zur Feststellung eines anwesenden Fahrzeugs anspricht, den herannahenden Nebenschluß aus dem Auge, wenn die Gleisimpedanz sich auf einen geringeren Wert erniedrigt, als die . Impedanz des Fahrzeugs-Nebenschlusses, so daß der durch die Überbrückung fließende Strom wesentlich höher ist als der durch den Nebenschluß.

Wird ein Gleisstromkreis in der Mitte mit einem Signal von 200 Hertz gespeist, so ergibt sich hierfür, wenn die Schienen bei 305 Meter (1000 Fuß) von der Begrenzungs-Überbrückung kurzgeschlossen werden, eine Gleisimpedanz von 0,6 0hm. Bei Entfernungen von mindestens mehr als 305 Metern von der Begrenzungs-Überbrückung kann verständlicherweise angenommen v/erden, daß der durch den Fahrzeug-Nebenschluß fließende Strom den Strom am Stromkreisende ausreichend erniedrigt, daß ein Fahrzeug festgestellt werden kann. Bewegt sich jedoch das Fahrzeug, also der Zug, -In äie letzten 305 Meter, so steigt der

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otx'om in-der-Begrenzüngs-Überbrückung an und die Fahrzeug-Feststellung kann verlorengehen. Ein Verhältnis von 10:1 der Impedanz des bei 305 Meter (1000 Fuß) überbrückten Gleisstromkreises zum Fahrzeug-Nebenschluß ist als Beispiel angenommen und stellt eine erhebliche Sicherheitstoleranz dar. Das Verhältnis kann auf wesentlich weniger reduziert werden; für den Zweck dieser Beschreibung erscheint dieses Verhältnis jedoch zweckmäßig und stellt eine vorweggenommene Sicherheitserfordernis dar. Die Impedanz der Schienen erhöht sich mit der Frequenz und bei 2000 Hertz ist die zweifelhafte Zone auf 38 Meter (120 Fuß) reduziert. Je höher also die verwendete Frequenz ist, um so kurzer ist die zweifelhafte Feststelluhgszone. Jedoch ist für hohe Frequenzen die Reichweite des Signals erheblich aufgrund der mit der erhöhten Frequenz vergrößerten induktiven Impedanz der Schienen reduziert und es müßten tatsächlich bei einem 2000 Hertz-Signal die Stromkreise alle 305 Meter (1000 Fuß) begrenzt werden.

Das Problem besteht also darin, einen Gleisstromkreis maximaler Länge, jedoch ohne zweifelhafte Zone zu schaffen, so daß die Anwesenheitsfeststellung eines Fahrzeugs nicht verloren geht, bis das Fahrzeug tatsächlich den betreffenden Block verläßt. - .

Die Erfindung schefft eine Wechselstrom-Gleisstromkreisvorrichtung für zusammenhängende Schienen, mit einer Gleisüberbrückung zum Begrenzen des Gleisstromkreises an jedem seiner äußeren Enden, einem ersten Sender, der für eine Mittelpunkt-Speisung des Stromkreises mit einem ersten Signal einer ersten Grundfrequenz mit den Schienen gekoppelt ist, einem zweiten Sender, der an jedem der Enden des Stromkreises mit.den Schienen gekoppelt ist» zum Weiterleiten eines zweiten Signals

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mindestens bis zum effektiven Bereichsende des ersten Signals, bei einer zweiten Grundfrequenz, die von der ersten Frequenz abweicht, ferner mit Mischeinrichtungen, die zwischen dem ersten Sender und jedem der zweiten Sender zum Verbinden des ersten Signals mit dem zweiten Signal mit den Schienen verbunden sind, um ein drittes Signal bei einer dritten Grundfrequenz, die von der ersten und von der zweiten Frequenz abweicht, in den Schienen weiterzuleiten, und mit Detektoreinrichtungen an·jedem Ende fe des Gleisstromkreises zum Feststellen einer Modifikation des dritten Signals auf einen durch ein Fahrzeug verursachten Nebenschluß im Gleisstromkreis hin.

Durch die Erfindung wird also ein Wechselstrom-Gleisstromkreis mit Uberbrückungen an den extremen Enden zum Begrenzen des Stromkreises geschaffen, bei dem ein Gleissender so mit
den Schienen gekoppelt ist, daß er den Stromkreis mittig mit einem ersten Signal speist» dem eine effektive Reichweite zugeordnet ist, die geringer ist, als der Abstand bis zur Überbrückung. Der Fortschritt hinsichtlich der Schaffung einer
genauen Feststellung eines Nebenschlusses durch ein Fahrzeug zwischen der Begrenzungs-Überbrückung und dem Ende der effek-P tiven Reichweite des Signals ergibt sich durch einen Sender, der jeweils am Ende des Gleisstromkreises angeordnet ist und mit den Schienen zum Fortleiten eines zweiten Signals mindestens bis zum Ende der Reichweite des ersten Signals gekoppelt ist. Eine Einrichtung am Reichweitenende des zweiten Signals moduliert das erste und das zweite Signal in den
Schienen zu hohen und niedrigen Seitenbandfrequenzen und
eine Detektoreinrichtung an jedem Ende des Gleisstromkreises spricht auf mindestens eine Seitenbandfrequenz zur Detektion der modulierten Frequenz an und ergibt eine Anzeige des Vorhandenseins eines Fahrzeugs, wenn die Seitenbandfrequenz unterbrochen ist.

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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Figur 1 ein schematisches Diagramm einer Hälfte eines mittig gespeisten Gleisstromkreises mit zur Verwirklichung der Erfindung erforderlichen Geräten;

Figur 2 Impedanzkriterien bei der Endzonenfeststellung;

Figur 3 einen Schaltplan einer abgewandelten Ausführungsform einer Modulationseinrichtung;

Figur 4- eine abgewandelte Form des Einspeisens eines Signals in den Gleisstromkreis ·

Figur 5 mögliche Variationen beim Anordnen'der zur Durchführung der Erfindung erforderlichen Elemente.

Ein Gleisstromkreis gemäß Figur 1 weist die Form eines Satzes von zusammenhängenden Gleisschienen T auf und wird von einem Sender 10 mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz gespeist. Der Gleisstromkreis wird in seiner Mitte gespeist; wegen seiner Symmetrie zum Sender 10 ist in der Figur nur seine linke Seite dargestellt. Die zum· Stromkreis gehörenden Schienen T sind an ihrem äußeren Ende durch Gleisüberbrückungen S₁ begrenzt, die feste Überbrückungen zum Bestimmen der Enden des Gleisstromkreises darstellen. Der Sender 10 gibt ein Signal in der Größenordnung von 200 Hertz ab, das die Überbrückungen S^ erreichen kann. Die effektive Reichweite des Signals zum Zweck einer unzweifelhaften Feststellung eines Fahrzeug-Nebenschlusses, wie er gestrichelt bei Sy eingezeichnet ist, ist jedoch der Abstand R^. Die vorliegende Diskussion

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ist im wesentlichen auf den verbleibenden Abstand R₂ bi^s ■^zur Überbrückung S™ gerichtet. Ein Detektor 11, der auf eine spezifische Frequenz F^ abgestimmt ist, ist allgemein für die Frequenz des Senders 10 empfindlich und zeigt die Anwesenheit eines Fahrzeugs an, wenn zwischen, dem Sender 10 und dem Detektor 11 der Fahrzeug-Webenschluß S„ vorhanden ist. Nach der Erfindung ist jedoch die Detektions-Frequenz zum Ansprechen auf eine modulierte Frequenz modifiziert, bei deren Unterbrechung ein Fahrzeug im Gleisabschnitt angezeigt wird. Der Grund für diese abweichende Frequenz wird noch erläutert.

Ein zweiter Schienensender 12 ist induktiv mit den Schienen T über eine Schleife 14 im Abschnitt des Abstands R₂ gekoppelt und führt ein zweites Signal der Frequenz Fp in die Schienen ein, das sich für die Endzonendetektion, die durch den Bereich Ro dargestellt wird, nützlich erweist. Außerdem ist ein nichtlineares Element wie etwa eine Diode 13 mit den beiden verschiedene Frequenzen abgebenden Sendern gekoppelt und moduliert die beiden Frequenzen, in dem es Signale der Summen- und der Differenzfrequenz abgibt. Die Summen und Differenzen der Frequenzen F^, und Fo _t die im beschriebenen Beispiel zu 200 Hertz und 2 kHz gewählt sind, werden als F_g und F-^ bezeichnet und betragen 2,2 kHz und 1,8 kHz. Der Detektor 11 ist auf die Frequenz Fjj, also auf 1,8 kHz, abgestimmt. Diese niedrige Frequenz F-p. ist zweckmäßiger, da sie eine längere wirksame Reichweite hat und ein stärkeres Signal am Detektor 11 ergibt. Der Detektor 11 ist mit den Schienen T ebenfalls durch die Schleife oder Spule 14 gekoppelt, die induktiv auf die Differenzfrequenz F_D anspricht. (Dritt ein durch den Nebenschluß S-y dargestelltes Fahrzeug in den Abschnitt des Stromkreises der Schienen T ein, so unterbricht er eine der beiden Senderfrequenzen F^ und F₂;

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dieser Ausfall der Senderfrequenz wird von der Schleife aufgenommen und dem Detektor 11 übermittelt, der ein anzeigendes Ausgangssignal abgibt. Befindet sich der Nebenschluß Sy im Abschnitt R,, oder R2 des Gleisstromkreises, so wird das 200 Hertz-Signal unterdrückt und der Detektor 11, der auf die Differenzfrequenz Fj₃ fein abgestimmt ist, gibt seine Anzeige ab. Bei Ausfall der Differenzfrequenz F,, gibt der Detektor seine Anzeige ab und die Endzonendetektion ist ganz genau.

Bei einem vom Sender 12 erzeugten 2 kHz-Signal beträgt der durch einen Abstand R, dargestellte unsichere Bereich in der Endzonendetektion wahrscheinlich nicht mehr als vielleicht 3 Meter (10 Fuß), so daß die Länge eines Eisenbahnfahrzeugs diesen Bereich ausreichend überdecken würde, so daß die Anwesenheit eines Fahrzeugs immer feststellbar ist.

In dieser zweifelhaften Zone R, beträgt die Impedanz des Gleisstromkreises, in Richtung zur Begrenzungs-Überbrückung Sm gesehen, vielleicht 0,15 Ohm bei den beschriebenen Frequenzen. Eine Impedanz Zg zeigt den Norm8lwert an, der von einem typischen, durch ein Fahrzeug verursachten Nebenschluß auftritt und zu 0,06 0hm angenommen wird. Ein in die Schienen T eingespeistes Signal teilt sich zwischen den beiden Impedanzen Zy, und Z_g in einem Verhältnis 1:2,5 auf. Dieses Signalaufteilungsverhältnis erhöht sich weiter zwischen dem Differenzfrequenzsignal F^., das von der Diode I3 zurückreflektiert wird, und das Aufteilungsverhältnis des Signals quadriert sich effektiv auf einen Wert von 1:6. Die Diode 13 bewirkt also nicht nur die Modulation der Senderfrequenzen Fy, und Fp₁ sondern erhöht auch die Empfindlichkeit des Systems.

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Zur Angabe wirksamer Längenbereiche sei genannt, daß der Bereich E^ vielleicht 2130 Meter (6500 Fuß) bei 200 Hertz und der Bereich R2 näherungsweise 305 Meter (1000 Fuß) mißt. Die Sender 10 und 12 sind so ausgelegt, daß sie Signale ausreichender Stärke über die zugehörigen Bereiche senden.

Figur 3 zeigt die Diode 13 und zwei Drosselspulen I5. Diese Schaltung wird verwendet, um die hochfrequenten Modulationsprodukte oberhalb des 2 kHz-Frequenzbereichs zu dämpfen. Diese Spulen ergeben eine Unterdrückung dieser Modulationsprodukte oder Harmonischer der Senderfrequenzen und schalten die Möglichkeit irgendwelcher falscher Signale durch ein Beeinflussen der richtigen Feststellung des Fahrzeugs im Streckenabschnitt aus.

Die Gesamtlänge des Gleisstromkreis.es beträgt etwa 4,6 km (I5OÖO Fuß), wenn man auch den nichtdargestellten rechten Teil des Gleisstromkreises zählt· Dies ist für einen Gleisstromkreis verhältnismäßig lang und ' eignet sich besonders für den Betrieb einer Hauptlinie, auf der im allgemeinen lange Güterzüge verkehren.

Das System ergibt also Gleisstromkreise maximaler Länge unter Verwendung zusammenhängender Schienen und beseitigt das Problem der Mehrdeutigkeit in den Endzonen nahe den durch die Gleis-Überbrückung S^ bestimmten Blockgrenzen. Die Anordnung ergibt außerdem eine besonders wirtschaftliche Weise der Verwendung von Gleisstromkreisen bei zusammenhängenden Schienen an Eisenbahn-Hauptlinien, indem die für eine bestimmte Streckenlänge erforderliche Menge von Ausrüstung auf ein Minimum, reduziert wird. Die Verwendung von GleisStromkreisen einer Länge von beinähe 3 Meileii mit der beschriebenen= Ausrüstung ist im ßisenb-ähn-^ignalweöen· äußerst gunstig* Dös Einbeziehen von Dioden 1*> als Einrichtung zürn Modulieren der Senderfrequenzen

ί\* und Fo räumt, da es sich um inaktive Bauelemente handelt, mit der Notwendigkeit des Vorsehens einer Stromquelle am Ort . der Diode' auf und im wesentlichen ist nur alle 2,5 km (7500 Fuß) eine Installation erforderlich.

Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung. Der Sender 12 ist hierbei in einem Abstand R^ von der Begrenzungs-Uberbrückung S™ mit den Schienen T.stromgekoppelt. Die Speiseleitungen vom Sender 12 müssen in diesem Fall um diesen Abstand abgerückt werden, um eine Spannung über die Schienen T zu erzeugen. Die Impedanz der Schienen T, auf die Überbrückung S™ zu gesehen, beträgt an dieser Stelle näherungsweise 0,6 Ohm bei einem Verhältnis von 10:1 zur Normal-Nebenschlußimpedanz Zg von 0,06 Ohm. Das im Abstand R^ mit den Schienen gekoppelte Signal findet eine ausreichende Impedanz vor, um über die Schienen T eine verwendbare Spannung zu ergeben. Die Kopplungsweise ist jedoch nicht kritisch und eine Spannungs- oder eine Stromkopplung kann je nach den gegebenen Erfordernissen verwendet werden.

Figur 5 zeigt einen ähnlichen Stromkreis wie Figur 1, jedoch mit veränderter Lage der Diode 13- Abstände H^' und R2¹ sind angenähert gleich. Das System erfordert keine großen Unterschiede zwischen den Frequenzen F,, und Fo. Eine maximale Länge kann durch die Wahl erheblich verschiedener Werte von F. und Found Festlegung der Lage der Diode 13 erreicht werden. Dieses System ist in Figur 1 dargestellt, um die Möglichkeit der Verbesserung der Endzonendetektion und der Maximierung der Stromlänge anschaulich zu machen. Jedoch hängt die Endzonen-Detektionsfähigkeit nicht vollkommen von der Lage der Diode 13 ab. Wiederum ist die relative Lage der Diode 13 eine Angelegenheit der Wahl für den besonderen Anwendungsfall·

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Die Signale von den Sendern 10 oder 12 können auch kodiert werden. Hierbei können Informationen von anderen Quellen wie etwa angrenzenden Gleisstromkreisen von Block zu Block durch ein kodiertes Signal, das von einer der Frequenzen F^ oder F^ verursacht wird, gekoppelt werden. Beispielsweise kann ein Kodierer in den Sender 12 einbezogen werden und ein geeigneter Dekodierer^sam Detektor 11 angeordnet sein, der seine Ausgangs-Anzeigesignale entsprechend einer anderen Information, als der Fährzeuganwesenheitsfeststellung, modifiziert.

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Claims

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Patentansprüche

iechselstrom-Gleisstromkreisanordnung für zusammenhängende Schienen, mit einer Gleis-Uberbrückung zur Begrenzung des Gleisstromkreises an jedem seiner extremen Enden, einem ersten Sender, der zur mittigen Speisung des Stromkreises mit einem ersten Signal einer ersten Grundfrequenz mit den Schienen gekoppelt ist, und mit Detektoreinrichtungen an federn Ende des Gleisstromkreises zum Feststellen einer Modifikation des übertragenen Signals auf einen durch ein Fahrzeug verursachten Nebenschluß im Gleisstromkreis hin, gekennzeichnet durch einen an jedem Ende des Gleisstromkreises mit den Schienen (T) gekoppelten zweiten Sender (12), der ein zweites Signal mit einer zweiten, von der ersten Frequenz verschiedenen Grundfrequenz mindestens bis zum Ende der Wirksemkeitsreichweite des ersten Signals überträgt, und durch eine Mischeinrichtung (13)ι cLie zwischen dem ersten Sender (10) und dem zweiten Sender (12) mit den Schienen gekoppelt ist und das erste Signal mit dem zweiten Signal zum Abgeben eines dritten Signals in die Schienen mit einer dritten, von der ersten und der zweiten Frequenz verschiedenen Grundfrequenz kombiniert, wobei die Detektoreinrichtungen (11) selektiv auf diese dritte Frequenz ansprechen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mischeinrichtung ein nichtlineares Bauelement (1J) wie etwa einen Gleichrichter enthält, der im Nebenschluß zwischen die Schienen, geschlossen ist.

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3. Anordnung, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung weiterhin zum Dämpfen harmonischer Modulationsprodukte, deren Frequenz wesentlich, höher ist als die erste, zweite und dritte Frequenz, eine Drosselspule (15) enthält, die in Reihe mit dem nichtlinearen Bauelement (13) geschaltet ist.
U-. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Frequenz wesentlich niedriger ist als die zweite Frequenz und damit die v/irksame
Reichweite des ersten Signals wesentlich größer ist als die
wirksame Reichweite des zweiten Signals.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Kodiereinrichtungen zum Kodieren des Ausgangssignals mindestens eines der Sender zum Übertragen von
Information entlang dem Gleisstromkreis.

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