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Anordnung zum übertragen von elektrischen Signalen Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zum induktiven Übertragen von elektrischen Signalen zwischen festen
Orten an einem Fahrweg und auf diesem sich befindenden spurgebundenen Objekten,
bei denen zur Abstandsicherung eine Sendeeinrichtung jedes Objektes einer Empfangseinrichtung
des jeweils unmittelbar ?chfolgenden Objektes ein Signal über eine längs des Fahrweges
sich
erstreckende elektrische Leitung vermittelt, wobei diese Leitung - wie vorgeschlagen
- drei in einer Ebene zueinander parallel angeordnete Lciter aufweist und diese
Sende- und Empfangseinrichtungen mit der Leitung durch je eine Spule mit wenigstens
einem U-förmigen Rahmenkern aus ferromagnetischem Material gekoppelt sind.
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Bei einer derartigen, gemäß der Patentanmeldung P 21 39 617.8-21 bereits
vorgeschlagenen Kopplung der Sende- und Empfangseinrichtungen untereininder sind
die Leiter der Leitung über ihre gesamte Lunge durch eine leitende Folie untereinander
(leitend) verbunden, wobei die Leitfähigkeit dieser (Quer-) Verbindung wesentlich
geringer als die der Leiter ist. Es wird bei der Leitung eine starke Ohm'sche Querableitung
erzielt. welche in Verbindung mit dem LäRgswiderstand der. Leiter eine solch starke
Dämpfung der Leitung ergibt, dan die .Amplitude eines von einer Sondeeinrichtung
in die Leitung eingekoppelten Signals (Hochfrequenzspannung) bereits auf einem kurzen
Leitungsabschnitt (z. 13. von einem Meter Leitungslange) meßbar nach einem Exponentalgesetz
mit negativem Expdnenten abnimmt. Die Amplitude des Signals an jedem beliebigen
Ort der Leitung ist also ein Maß fUr den Abstand zwischen diesem Ort und der das
Signal in die Leitung einkoppelnden Sendeeinrichtung.
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Somit ist es mittels dieser Leitung möglich. ein spurgebundenes Objekt
unabhangig von bestimmten Bezugspunkten seines Fahrweges kontinuierlich über seinen
Abstand zu einem vorausbefindlichen Objekt zu informieren, sofern dessen Sendeeinrichtung
ständig ein Signal definierter Amplitude aussendet bzw. in die Leitung einkoppelt
und die Empfangseinrichtung des nachfolgenden (empfangenden
) Objektes
eine definierte Empfindlichkeit aufweist.
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Sollen den in diese Leitung Signale einkoppelnden und zugleich Uber
die Leitung Signale empfangenden Objekten weitere Signale - etwa zum Zwecke der
Information über ein anzusteuerndes Ziel, einen zu wählenden.Fahrweg (an Weichen),
eine nicht zu überschreitendeMaximalgeschwindigkeit, einen einzuhaltenden Sicherheitsabstand
und dgl. - an festen Orten des Fahrweges auf induktivem Wege vermittelt werden,
dann stellt sich das Problem, dies ohne wesentliche gegenseitige Beeinflussung beider
Systeme zu ermöglichen. Das gilt insbesondere dann, wenn zur Anordnung der Mittel
für diese sog.
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"lokale InformatlonsUbertragung" - welche zumeist wechselseitig, d.
h. sowohl zwischen festem~Ort und Objekt als auch in umgekehrter Richtung möglich
sein muß -am jeweiligen Objekt und am Fahrweg nur wenig Raum vorhanden ist. Schließlich
ist noch ein Problem darin zu sehen, für die "lokale Informationsübertragung" ohne
wesentlichen zusätzlichen konstruktiven Aufwand sowohl beim jeweiligen Objekt als
auch am Fahrweg auszukommen, und zwar nicht nur zur Vermeidung von Kosten, sondern
auch zur Vermeidung baulicher SchWierigkeiten (einzuhaltende Abstandstoleranzen
und dgl.).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung dieser Probleme
bei einer Anordnung der eingangs genannten Art aufzuzeigen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemn dadurch gelöst, daß an jedem festen
Ort eine Leiterschleife in einer zur Ebene der Leitung im wesentlichen parallelen
Ebene und
mit den beiden Leitern in jeweils gleichem Abstand zum
mittleren Leiter der Leitung angeordnet ist, dan den Leiterschleifen zugeordnete
weitere Sende-Empfangseinrichtungen der Objekte mit der jeweiligen Leiterschleife
durch je eine Spule mit wenigstens einem, drei Polschuhe aufweisenden (offenen)
Rahmenkern aus ferromagnetischem Material koppelbar sind, bei dem der Abstand zwischen
den beiden äuneren Pol schuhen gröner ist als die Breite der Leiterschleife und
auf den die Spulcnwicklung /symmetriscn und daß ferner diese Rahmenkerne sowie diejenigen
der Spulen der Sende- und Empfangseinrichtungen jeweils etwa parallel zur Leitung
sowie zu ihrer vertikalen Längsmittelebene symmetrisch angeordnet sind.
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Bei einer derartigen Anordnung sind das System zur Abstandsicherung
und das System zur sog. "lokalen InformationsÜbertragung" selbst bei einer räumlichen
Kombination der Leiterschleifen mit der Leitung sowie der Spulen der (weiteren)
Sende-Empfangseinrichtungen jeweils mit der Spule einer Sende- oder einer Empfangseinrichtung
(z. B. in einem gemeinsamen Gehäuse) der3rtentkoppelt, daß sie einander im wesentlichen
nicht stören. Denn wenn sich im Magnetfeld der Spule einer Sende- oder einer Empfangseinrichtung
eine Leiterschleife befindet, dann wird sie von den durch sie hindurchgehenden Feldlinien
jeweils zweimal durchlaufen, und zwar im wesentlichen in entgegengesetzten Richtungen.
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Das Feldlinienbild des von einer Spule einer Sende-Empfangseinrichtung
erzeugten Magnetfeldes ist derart, daß ebenfalls jede (Leiter-) Schleife der Leitung
von den durch sie hindurchgehenden Feldlinien zweimal durchlaufen wird, und zwar
auch im wesentlichen in entgegengesetzten
Richtungen, wobei im Bereich
der beiden äußeren Polschuhe des Rahmenkernes dieser Spule die Feldlinien dieselbe
Richtung haben. Demzufolge heben sich die durch ein System im anderen induzierten
Spannungen dort auf.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und in den Unteransprüchen gekennzeichneter
Weiterbildungen derselben werden anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt schematisch in Fig. 1 im Querschnitt eine aus
drei zueinander parallelen Leitern bestehende Leitung, welche sich zwischen zwei
U-förmigen Rahmenkernen einer Spule in L0ngsrichtung derselben erstreckt, Fig. 2
im Querschnitt eine Leiterschieife, welche sich zwischen zwei E-förmigen Rahmenkernen
einer Spule in Längsrichtung derselben erstreckt, Fig. 3 im Querschnitt die Anordnungen
gemäß Fig.
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2 ohne Spulenwicklungen, wobei die U-förmigen Rahmenkerne hinter
den E-förmigen Rahmenkernen angeordnet sind, und Fig. 4 in einer Seitenansicht die
Anordnung gemäß Fig. 3, wobei von der Leitung und der Leiterschleife jeweils nur
ein Abschnitt dargestellt ist.
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Die in Fig. 1 dargestellte Spule 1 ist beispielsweise das Kopplungselement
zwischen einer Sendeeinrichtung 2
eines (nicht dargestellten) spurgebundenen
Fahrzeugs und einer längs seines Fahrweges sich erstreckenden Leitung 3, in welche
die ggf. als Transistor-Generator ausgebildete Sendeeinrichtung ständig ein (elektrisches)
Signal in Form eines hochfrequenten Wechselstromes einkoppelt. Dieses Signal kann
zur Abstandsicherung von einem dem (sendenden) Fahrzeug unmittelbar nachfolgenden
Fahrzeug mittels einer in gleicher Weise mit der Leitung gekoppelten Empfangseinrichtung
empfangen werden (vgl. Patentanmeldung P 21 39 617.8-21).
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Die Wicklung 4 dieser Spule 1 ist auf zwei, Luftspalte 5 begrenzende
U-förmige Rahmenkerne 6 gleicher Abmessungen symmetrisch verteilt, welche zu der
die Luftspalte in Längsrichtung durchlaufenden Leitung 3 symmetrisch angeordnet
sind. Ferner ist jeder Rahmenkern 6 (bzw. sind seine beiden Polschuhe 9) symmetrisch
zur vertikalen Längsmittelebene der Leitung 3 angeordnet. Die Rahmenkerne 6 bestehen
aus einem ferromagnetischen Material, vorzugsweise aus Ferrit.
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Die Leitung 3 besteht aus drei in einer Ebene zueinander parallel
angeordneten Leitern 7 mit rechteckförmigem Querschnitt (sog. Flachleiter aus Kupfer
o. dgl.), von denen die beiden Gußeren zum mittleren Leiter denselben Abstand haben.
Eine derartige symmetrische Leitung hat im Vergleich zu einer üblichen Doppelleitung
mit nur zwei parallelen Leitern eine wesentlich höhere Störsicherheit gegenüber
magnetischen Fremdfeldern. Die Leiter 7 sind über ihre gesamte Lange durch eine
leitende Folie 8 (z.
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B. Kunststoff-Vlies mit dünner Kohlebeschichtung) untereinander
leitend
verbunden, wobei die Leitfähigkeit dieser Folie geringer ist als die der Leiter.
Wie bereits erwähnt, lassen sich mit einer derartigen Leitung 3 untcr Verwendung
von Sende- und Empfangseinrichtungen Abstande zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen
messen. Da nicht auszuschlienen ist, daß ein Fahrzeug und damit die Spule 1 seiner
Sendeeinrichtung 2 (bzw. seiner Empfangseinrichtung) während der Fahrt seitliche
Bewegungen gegenüber der Leitung 3 ausführen, ist die Breite jedes Polschuhes 9
der Rahmenkerne 6 geringer als der jeweilige Abstand zwischen den äuneren und dem
mittleren Leiter 7 der Leitung, wobei deren Breite gröner als die der Rahmenkerne
gewählt ist. Bei dieser Ausbildung werden auch bei seitlicherVerschiebung der Spule
1 gegenüber der Leitung 3 ihre beiden Schleifen 10 vom magnetischen Fluß gleichmäßig
durchsetzt. Ein Schleifen der Leitung 3 an den Polschuhen 9, etwa infolge von )tubbewegungen
des betreffenden Fahrzeugs, wird durch entsprechend weite Luftspalte 5 verhindert.
Derartige Bewegungen sind bei der vorbeschriebenen Ausbildung der Spule 1 (auf zwei
Rahmenkerne 6 symmetrisch verteilte Wicklung 4) ohne jeglichen Einflun auf die Kopplung
zur Leitung 3.
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Schließlich ist noch zu bemerken, daß die Polflächen der Pol schuhe
9 zwecks Bündelung des magnetischen Flusses konkav ausgebildet sind.
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Um an festen Orten des Fahrweges der genannten Fahrzeuge ihnen weitere
elektrlsche Signale vermitteln oder yon ihnen Signale empfangen zu können, ist jedes
Fahrzeug zusätzlich mit einer Sonde-Empfangseinríchtung 11 (Fig. 2) ggf. Ublicher
Bauart ausgerUstet: Im Sendeteil 11' wird z. B. eine zu übertragende Signalspannung
frequenzmoduliert, wogegen beim Empfang einer Signalspannung
am
Ausgang des Empfängsteils 11" ein durch Demodulation gewonnenes Signal zur Verfügung
steht. Diese Sende-Empfangseinrichtung 11 ist an jedem festen Ort des Fahrweges
mit einer Leiterschleife 12 (Fig. 2) koppelbar, einer bleichen Induktionsschleife,
welche an eine (nicht dargestellte) stationare Sende-pfangseinrichtung ggf. ebenfalls
bekannter Bauart angeschlossen ist.
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Es sei hier vermerkt, dan die Ausbildung s-imtlicher vorgenannter
Sende- und Empfangseinrichtungn bzw.
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Sende-Empfangseinrichtungen sowie die Ausbildung der (Signal-) Übertragungswege
zwischen jenen und den zugeordneten Spulen bzw. zwischen den station.aren t;endetmpfangseinrichtungen
und der jeweils angeschlossenen Leiterschleife nicht zum Gegenstand der Erfindung
gehören und deshalb darauf nicht naher eingegangen wird.
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Demgegenüber wird nachfolgend erläutert, wie eine Signalübertragung
zwischen der Leiterschleife 12 und der Sende-Empfangseinrichtung 11 (oder in umgekehrter
Richtung) mittels einer ihr zugeordneten Spule 13 als Kopplungselement realisierbar
ist, ohne dan es dabei zu einer wesentlichen Störung sowohl dieser Signalübertragung
durch ein zwischen der Sendeeinrichtung 2 (oder einer Empfangseinrichtung je nach
Zuordnung der Spule 1) und der Leitung 3 mittels der Spule 1 übertragenen Signals
als auch der Übertragung dieses Signals kommt. In diesem Zusammenhang zeigt Fig.
2 nur die Ausbildung der Spule 13 und ihre Anordnung gegenüber der Leiterschleife
12, dagegen ist dies aus den Fig. 3 und 4 in Verbindung mit der Leitung 3 sowie
der Spule 1 ersichtlich.
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Die Leiterschleife 12 ist in einer zur Ebene der Leitung 3 im wesentlichen
parallelen Ebene und mit den
beiden Leitern 14 in jeweils gleichem
Abstand zum mittleren Leiter 7 der Leitung angeordnet. hierbei können die Leiterschleife
12 und Leitung 3 in einer gemeinsamen Umhüllung, z. B. aus Kunststoff, (gegeneinander
isoliert) eingebettet sein. Des weiteren können sich die Leiter 14 der Leiterschleife
12 auch oberhalb der Leitung 3 oder zwischen ihren Leitern 7 erstrecken. In jedem
Fall hat die vorgeschlagene Anordnung den Vorteil. daß am Fahrweg der Fahrzeuge
für sämtliche Leiterschleifen 12 kein zusätzlicher Raum erforderlich ist, z.
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n. wegen Trägern, Befestigungsmitteln und dgl..
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Die der Sende-Cmpfangseinrichtung 11 zugeordnete Spule 13, welche
sich gemäß Fig. 3 und 4 vor der Spule 1 der vorgenannten Sendeeinrichtung 2 befindet
und zusammen mit dieser in einem gemeinsamen Gehäuse am Fahrzeug angeordnet sein
kann, hat zwei E-förmige Rahmenkerne 15 gleicher Abmessungen mit einer darauf symmetrisch
verteilten Wicklung 16, wobei je Rahmenkern der Abstand zwischen den beiden äußeren
Pol schuhen 17 größer ist als die Breite der Leiterschleife 12. Die beiden Rahmenkerne
15 (aus ferromagnetischem Material) begrenzen Luftspalte 18, welche die Leitung
3 zusammen mit der Leiterschleife 12 in L3ngsrichtung durchläuft. Hierbei sind die
beiden Rahmenkerne 15 zur Leitung 3 ebenfalls symmetrisch angeordnet. Perner ist
jeder Rahmenkern 15 auch zur vertikalen Längsmittelebene der Leitung 3 symmetrisch
angeordnet, d. h. diese Längsmittelebene und die vertikalen Längsmittelebenen der
Rahmenkerne fallen zusammen. Schließlich ist im Hinblick auf seitliche Bewegungen
der Spule 13 gegenUber der Leitung 3
bzw. der Leiterschleife 12
noch vorgesehen, daß die Breite der Rahmenkerne 15 jeweils geringer ist als die
der Leitung und daß der mittlere Pol schuh 19 jedes Rahmenkernes eine geringere
Breite als die Leiterschleife hat.
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Bei dieser Ausbildung der Spule 13 sowie Leiterschleife 12 und Anordnung
derselben gegenaber der spule 1 (der Sendeeinrichtung 2) bzw. der Leitung 3 wird
- im Falle einer ggf. gleichzeitigen Gibertragung eines Signals zwischen der Leiterschleife
12 und der :3ende-Empfangseinrichtung (oder in umgekehrter Richtung) sowie eines
Signals zwischen der Sendeeinrichtung 2 und der Leitung 3 - in den Luftspalten 5
und 18 der erlauf der magnetischen Feldlinien in den (in lig. 3) durch Pfeile 20
und 21 angedeuteten Richtungen sein.
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Hierbei geben die durch Strichlinien dargestellten Pfeile 20 den Verlauf
in den Luftspalten 18 der spule 13 der Sende-Empfangseinrichtung an, dagegen die
Pfeile 21 den Verlauf in den Luftspalten 5 der Spule 1 der Sendeeinrichtung 2 (oder
einer Empfangseinrichtung). Ls ist ersichtlich, daß im wesentlichen sowohl in der
Leitung 3 sich die dort von der Spule 13 (der Sende-Empfangseinrichtung 11) induzierten
Spannungen aufheben als auch in der Leiterschleife 12 die von der Spule 1 (der Sendeeinrichtung
2) dort induzierten Spannungen.
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Beide Systeme stören also einander nicht. 5 hat sich sogar gezeigt,
dan eine ausreichende Entkoppiung beider Systeme voneinander bereits dann gegeben
ist, wenn jede Spule 5 und 13 nur einen Rahmenkern hat. In diesem Fall müssen beide
Spulen nicht unbedingt hintereinander angeordnet werden, sondern eine kann sich
dann z. B. auch unterhalb der Leitung 3 bzw. der Leiterschleife 9 befinden.
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Es sei noch bemerkt, daß zweckmäßig der Abschlußwiderstand der Leiterschleifen
12 jeweils wesentlich größer als der Querwiderstand der Leitung 3 (bezogen auf die
Länge einer Leiterschleife) gewahlt wird. Dann tritt auch bei kleinen Asymmetrien
der beschriebenen Anordnung keine örtliche minderung der Dämpfung der Leitung 3
auf und somit kein Fehler in der Abstandsmessung zwischen zwei Fahrzeugen.
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- Patentansprüche -