DE2332483C3 - Einrichtung zur punktweisen, induktiven Informationsübertragung zwischen Fahrzeug und Strecke bei Eisenbahnen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur punktweisen, induktiven Informationsübertragung zwischen Fahrzeug und Strecke bei Eisenbahnen, bei welcher auf den Fahrzeugen verschiedene Resonanzkreise in Verbindung mit einer Spule im Fahrzeugmagneten gleichzeitig mit Wechselströmen unterschiedlicher Frequenzen gespeist werden und an der Strecke passive Schwingkreise gleicher Resonanzfrequenzen angeordnet sind, die bei Beeinflussung der Fahrzeugschwingkreise eine frequenzselektive Speisestromab-Senkung unter einen Sollwert hervorrufen zum Auslösen einer der jeweiligen Frequenz zugeordneten Meldeeinrichtung.

Bekannte Einrichtungen zur induktiven Zugbeeinflussung sind in der Zeitschrift SIGNAL UND DRAHT 1960, Heft 8, Seiten 133 bis 144 näher beschrieben. Bei diesen Einrichtungen sind auf den Schienenfahrzeugen mehrere Wechselstromquellen verschiedener Frequenzen vorgesehen. Jede der Wechselstromquellen speist einen Reihenresonanzkreis, dessen Resonanzfrequenz mit der Frequenz der betreffenden Wechselstromquelle übereinstimmt. Die Induktivitäten der einzelnen Schwingkreise werden durch Spulen gebildet, die voneinander entkoppelt auf einem ferromagnetische!! Kern den sogenannten Fahrzeugmagneten bilden.

Die bei der induktiven Zugbeeinflussung als Gleismagnete bezeichneten Streckengeräte bestehen aus passiven Schwingkreisen, die je nach der auf das Schienenfahrzeug zu übertragenden Information oder Meldung auf die eine oder andere Frequenz der auf den Schienenfahrzeugen vorhandenen Schwingkreise abgestimmt werden. Beim Vorbeifahren eines Schienenfahrzeuges an einem Gleismagneten tritt zwischen diesem und den Fahrzeugmagneten eine Kopplung ein, wodurch der Speisestrom für denjenigen Fahrzeugschwingkreis, auf dessen Resonanzfrequenz der beeinflussende Gleismagnet abgestimmt ist, unter einen vorgegebenen Sollwert gesenkt wird. Eine derartige frequenzselektive Stromabsenkung kann beispielsweise durch eine aus einem Impulsrelais bestehende Meldeeinrichtung ausgewertet werden. Aus Sicherheitsgründen sind derartige Meldeeinrichtungen nach dem Ruhestromprinzip aufgebaut; die Impulsrelais werden also bei einer Stromabsenkung abgeschaltet

Um einen unerwünschten Leistungsverbrauch bei den Fahrzeugmagneten zu vermeiden und um eine möglichst große Stromabsenkung bei jeder Beeinflussung zu erzielen, müssen die Serienresonanzkreise des Fahrzeugmagneten untereinander möglichst gut entkoppelt sein. Dies wird durch eine aus der DE-PS 10 94 792 bekannte Einrichtung durch eine seitlich gegeneinander versetzte und in Längsrichtung gestaffelte Anordnung der Magnetsysteme erreicht Meistens sind die den Fahrzeugmagneten zur Entkopplung der Wicklungen auch noch zusätzliche Ausgleichswicklungen vorgesehen.

Die Forderungen der Bahngesellschaften nach einem wirtschaftlichen Betriebsprogramm wurden bisher unter Verwendung von drei verschiedenen Frequenzen im allgemeinen ausreichend erfüllt Wenn jedoch, wie sich in der Vergangenheit oft herausgestellt hat, das bestehende Betriebsprogramm durch zusätzliche Informationen erweitert werden soll, ergibt sich für den Fahrzeugmagneten ein elektrisch und fertigungstechnisch sehr aufwendiges, großes und kostspieliges Gerät, dessen Abmessungen und Herstellungskosten den zulässigen üblichen Rahmen durchbrechen, weil die Anzahl der in den zu erstellenden Fahrzeugmagneten auf einem einzigen Eisenkern vorzusehenden Wicklungen wegen der erforderlichen Entkopplung mit dem Quadrat der Zahl der für das erweiterte Betriebsprogramm erforderlichen Resonanzfrequenz zunimmt. An diesem Beispiel ist zu erkennen, daß die bisherige Technik der induktiven Informationsübertragung zwischen Zug und Strecke bei den für die Zukunft gewünschten Einrichtungen mit einer Vielzahl von Übertragungskanälen für ein umfangreiches Betriebsprogramm kaum in sinnvoller Weise weiter angewandt werden kann.

Aus der DE-AS 11 52 134 ist eine Schaltungsanordnung für den Fahrzeugmagneten von induktiven Zugbeeinflussungsanlagen im Eisenbahnsicherungswesen bekannt. Es werden speziell solche Fahrzeugeinrichtungen erläutert, die zum Übertragen einer Vielzahl von Informationen ausgelegt sind. Hierzu muß der Fahrzeugmagnet mehrere Betriebsfrequenzen verarbeiten. Damit nun der Fahrzeugmagnet nicht zu groß und schwer wird, wird nur eine einzige Spule vorgesehen. Als Folge dieser Maßnahme muß der Fahrzeugmagnet mit Strömen von mehr als einer Frequenz derart in einer Entkopplungsschaltung gespeist werden, daß sich die

verschiedenen, eingespeisten Ströme gegenseitig nicht beeinflussen.

Diese bekannte Schaltungsanordnung hat zwar den Vorteil eines kleinen Fahrzeugmagneten, jedoch wird ein erheblich zusätzlicher Aufwand zur Entkopplung S der Stromkreise in die innere Schaltung der Fahrzeug stromkreise verlegt Hierzu ist beispielsweise eine besondere Gabelschaltung erforderlich, die aus einem 7¹GlJCd besteht, welches die Spule des Fahrzeugmagne ten im Querzweig enthält, während eine angezapfte Induktivität im Längszweig angeordnet ist und als Nachbildung dient.

Bei einem zweiten Lösungsweg, bei dem die Gabelschaltung auch für die Verwendung einer beliebigen Anzahl verschiedener Frequenzen vorge- schlagen wird, muß für die Stromkreise der einzelnen Frequenzen je ein Übertrager mit drei Wicklungen vorgesehen werden, dessen eine Wicklung an den Generator für die betreffende Frequenz angeschlossen ist Die zweiten Wicklungen sind jeweils mit einer Nachbildung verbunden, während die dritten Wicktun gen untereinander und mit dem Fahrzeugmagneten in Reihe geschaltet sind.

Es ist leicht einzusehen, daß für die Übertragung von vielen Informationen und bei der dazu erforderlichen hohen Anzahl von Frequenzen auch eine Vielzahl von Übertragern vorgesehen werden muß, damit eine ausreichende Entkopplung der einzelnen Frequenzen gewährleistet ist Dieser hohe zusätzliche Aufwand bei der Anwendung von nur einer Spule im Fahrzeugmagneten ist jedoch unerwünscht.

Die DE-PS 6 80 938 befaßt sich mit einer Einrichtung zur induktiven Zugbeeinflussung für geschwindigkeits abhängige Impulsübertragung mit verschiedenen abgestimmten Resonanzkreisen am Gleis und einem Resonanzkreis auf dem Fahrzeug. Auf den Fahrzeugen wird entweder die Abstimmung des Resonanzkreises oder die Betriebsfrequenz in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit verändert. Bei einer Ausführungsform speist ein Generator eine Wechselspannung mit einer einzigen unveränderlichen Frequenz in einen Schwingkreis mit einer einzigen Spule und mehreren Kondensatoren ein, die wahlweise entsprechend der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit wirksam geschaltet werden können.

Mit Hilfe dieser bekannten Einrichtung ist es jedoch nicht möglich, bei einer einzigen Beeinflussung, also während des Passierens von Fahrzeug- und Streckenmagnet, mehrere verschiedene Informationen zu übertragen. y>

Schließlich ist in der DE-OS 14 55 341 ein fester Stromkreis zur Erzeugung einer Wirkung an Bord eines Eisenbahnfahrzeuges mit durch Fernsteuerung veränderbaren Kenngrößen beschrieben. Hierdurch sind Maßnahmen zur Veränderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises eines Gleismagneten bekannt geworden, dahingehend, daß zu dem Schwingkreis mehrere zusätzliche Kondensatoren über steuerbare Drosseln parallel geschaltet sind. Durch diese Maßnahme wird ein Streckenmagnet auf elektronischem Wege durch entsprechendes Ansteuern der jeweiligen Drosselspulen auf die eine oder eine der anderen Frequenzen abgestimmt Bis auf die Verwendung kontaktloser Schaltelemente gibt auch diese Vorveröffentlichung dem Durchschnittsfachmann keinen Hinweis darauf, wie eine Einrichtung zur punktweisen, induktiven Informationsübertragung zwischen Fahrzeug und Strecke bei Eisenbahnen gestaltet werden muß, wenn mit dieser Einrichtung während einer kurzen Beeinflussung eine Vielzahl von Informationen übertragen werden solL Insbesondere werden keine Hinweise auf die Gestal tung der hierzu erforderlichen Fahrzeugeinrichtungen angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung des bisherigen Beeinflussungsprinzips für eine Vielzahl von Frequenzen eine Einrichtung auf den Fahrzeugen zu schaffen, die bei gJeichzeiiiger Verringerung der Abmessungen des bisherigen Fahrzeugmagneten unter Berücksichtigung der im Eisenbahnbetrieb geforderten und üblichen Sicherheit einen wirtschaftlich vertretbaren Aufwand erfordert

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf jedem Fahrzeug nur ein aus der Spule im Fahrzeugmagneten und einem Kondensator gebildeter Serienschwingkreis vorgesehen ist, dessen Resonanzfrequenz den Frequenzen der Speisewechselströme durch zyklisches Ändern der Kapazität des Kondensators in an sich bekannter Weise mit Hilfe elektronischer Schaltmittel angepaßt wird, wobei die Zykluszeit kleiner gewählt ist als die Beeinflussungsdauer bei höchster Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Auslöseverzögerung der Meldeeinrichtungen in der Größenordnung der Zykluszeit liegt.

Mit dieser Einrichtung zur induktiven Informationsübertragung, insbesondere der Zugbeeinflussung, braucht in dem Fahrzeugmagneten für eine Vielzahl von Informationen nur noch eine einzige Spule vorgesehen zu werden, die geringe mechanische Abmessungen aufweist Hierdurch sind in vorteilhafter Weise die bekannten Kompensationsspulen nicht mehr erforderlich. Da der Fahrzeugmagnet während der durch die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit gegebenen Zykluszeit nacheinander für alle vorgesehenen Beeinflussungsfrequenzen jeweils nur kurzzeitig abgestimmt ist, wird jede der Wechselstromquellen innerhalb der Zykluszeit nur für einen Bruchteil der Zeit beansprucht. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Leistungsaufwand zur Speisung des Fahrzeugmagneten verringert.

In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens kann in vorteilhafter Weise der in seiner Kapazität elektronisch änderbare Kondensator aus einer durch einen Sägezahngenerator steuerbare Kapazitätsdiode bestehen. Der in seinem Kapazitätswert veränderbare Kondensator kann aber auch in vorteilhafter Weise aus Teilkondensatoren bestehen, die mit Hilfe von Transistorschaltern wirksam oder unwirksam schaltbar sind, wobei die Transistorschalter zur zyklischen Steuerung mit einzelnen Stufen eines in Ring geschalteten Schieberegisters verbunden sind.

Da es Sägezahngeneratoren und Schieberegister als integrierte Bausteine auf dem Markt als handelsübliche Ware gibt, läßt sich der in seinem Kapazitätswert veränderbare Kondensator sehr klein und preiswert aufbauen. Darüber hinaus sind die zur Verwendung vorgeschlagenen Bauelemente wegen ihrer Erschütterungsunempfindlichkeit besonders gut dem rauhen Eisenbahnbetrieb gewachsen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei einer Erweiterung des Betriebsprogramms durch Verwendung zusätzlicher Frequenzen der Fahrzeugmagnet nicht geändert zu werden braucht, wodurch komplizierte und dadurch teuere Untersuchungen und Einstellarbeiten in Prüffeldern entfallen.

Durch die Verwendung von nur einer einzigen Spule in den Fahrzeugmagneten kann diese aufgrund der nunmehr vorhandenen geringen Abmessungen wesent-

lieh dichter an der Unterkante des Fahrzeugmagneten angebracht werden, wodurch die Kopplung zu den Streckenmagneten entscheidend verbessert wird. Außerdem können die bisher verwendeten Polschuhe am Fahrzeugmagneten entfallen. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, daß für alle Frequenzen nahezu derselbe Kraftlinienverlauf vorhanden ist und somit derselbe Wirkbereich des Fahrzeugmagneten gilt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 das Blockschaltbild einer Fahrzeugeinrichtung, F i g. 2 eine durch einen Sägezahngenerator steuerbare Kapazitätsdiode zur Abstimmung des Fahrzeugschwingkreises und

F i g, 3 eine Kondensatorschaltung aus Teilkondensatoren mit zugehöriger Steuerschaltung zum Unwirksam- oder Wirksamschalten der Teilkondensatoren.

Das Blockschaltbild nach F i g. 1 zeigt wesentliche Baugruppen und Schaltungsteile einer auf den Schienenfahrzeugen vorsehenen Einrichtung, mit der eine punktweise, induktive Informationsübertragung zwischen Fahrzeug und Strecke, also auch eine Zugbeeinflussung, durchgeführt werden kann. Die Fahrzeugeinrichtung besteht beispielsweise aus drei Generatoren Gi, G 2 und G 3 zum Erzeugen von Speiseströmen mit den Frequenzen ti, /2 bzw. f3. Es ist selbstverständlich, daß in Abhängigkeit vom Ausmaß des erforderlichen Betriebsprogrammes auch wesentlich mehr Generatoren vorgesehen werden können. Diese sind selbstverständlich untereinander entkoppelt und speisen über einen Stromwandler SR sowie - falls erforderlich — einen Koppelkondensator CK, der für die Frequenzen /1 bis /3 einen geringen Widerstand darstellt, einen Serienschwingkreis, der aufgebaut ist aus einem in seiner Kapazität änderbaren Kondensator CVsowie einer Spule SE, die im Fahrzeugmagneten FT angebracht ist. An die Ausgangswicklung des Stromwandlers SR sind frequenzselektive Meldeeinrichtungen angeschlossen, die im wesentlichen jeweils aus einer Filterschaltung und einem dieser nachgeschalteten Relais besteht. Die Filterschaltungen sind mit FJfI₁ FR 2 und FR3 und die Relais mit RL 1, RL2 und RL3 bezeichnet. Die an den Symbolen der Relais vorgesehenen Pfeile deuten an, daß die Relais in Grundstellung erregt sind.

Der in seiner Kapazität änderbare Kondensator CV — vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden an Hand der F i g. 2 und 3 näher erläutert — wird zyklisch so gesteuert, daß ier Serienschwingkreis aus diesem Kondensator CV und der Spule SE nacheinander auf Resonanzfrequenzen abgestimmt ist, die mit den Frequenzen ti, fi und /3 übereinstimmen. Damit auch bei den höchst vorkommenden Fahrzeuggeschwindigkeiten eine Beeinflussung möglich ist, wird die zur Steuerung des Kondensators CV vorgesehene Zykluszeit, das ist der Zeitraum, in dem der Kondensator CV alle erforderlichen Kapazitätswerte einmal durchläuft, kleiner gewählt als die kürzeste Beeinflussungsdauer während der höchst vorkommenden Fahrzeuggeschwindigkeit In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu erwähnen, daß entsprechend der genannten Zykluszeit für die Relais RL1 bis RL 3 eine Abfallverzögerung vorgesehen ist die in der Größenordnung der Zykluszeit liegt Hierdurch wird erreicht daß jedes der Relais RLX bis AL 3 in dem Zeitraum, in dem der Serienschwingkreis CV/SE nicht auf die betreffende Frequenz der zugehörigen Filterschaltung FR 1, FR bzw. FR 3 abgestimmt ist angeschaltet bleibt und somit keine scheinbare Meldung abgibt.

Wenn die Spule 5£im Fahrzeugmagneten FTeincm an der Strecke befindlichen, wirksam geschalteten Schwingkreis (nicht dargestellt) gegenübersteht, wird derjenige Strom über den Stromwandler SR in jedem Zyklus unter einen vorgegebenen Wert gesenkt, der die Frequenz f\ oder fl bzw. {3 des beeinflussenden Schwingkreises an der Strecke aufweist Eine frequenzselektive Speisestromabsenkung mit der Frequenz f\ ίο hat demnach zur Folge, daß der Speisestrom des Relais RL1 über die Filterschaltung FR I einen vorgegebenen Wert unterschreitet, und zwar für eine längere Zeit als die Abfallverzögerung des Relais ist Dann fällt das Relais RL I ab und bleibt abgeschaltet bis es über einen •5 nicht dargestellten Stromkreis mit Hilfe einer Bedienungshandlung wieder angeschaltet wird. Sind an der Strecke mehrere passive Schwingkreise wirksam geschaltet, so spricht nicht nur eines der Relais RL1 bis RL3 an, sondern praktisch gleichzeitig mehrere oder »o alle.

Die Schaltungsanordnung nach Fig.2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Kondensators CV. Diese Schaltung besteht im wesentlichen aus einer Kapazitätsdiode KE, die über Drosselspulen DA 1 und *5 DR 2 mit einem Sägezahngenerator SJ? verbunden ist Die Drosselspulen haben die Aufgabe, den Serienschwingkreis des Fahrzeuggerites von dem Sägezahngenerator SÄ im Hinblick auf die Frequenzen f\ bis /"3 zu entkoppeln. Die erwähnte Zykluszeit errechnet sich y> praktisch aus der Folgefrequenz des Sägezahngenerators mit t : /ir im Hinblick auf das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist es günstig, in der Anordnung nach Fig. 1 den Koppelkondensator CK vorzusehen, damit die Steuersignale des Sigezahngenerators nicht über die Generatoren Gl bis C 3 kurzgeschlossen werden.

Die Schaltungsanordnung nach Fig.3 zeigt eine weitere Variante für den in seiner Kapazität mit elektronischen Schaltmitteln zyklisch inderbaren Kondensator CV. Im wesentlichen ist eine Reihenschaltung aus drei Teilkondensatoren C1, Cl und C3 vorgesehen. Die elektronische Steuerung, im vorliegenden Falle zum Unwirksamschalten durch Kurzschließen von Teilkondensatoren, wird mit Hilfe eines Transistors 7*1 und eines weiteren Transistors T2 erzielt die mit ihren Steuerelektroden an je eine Stufe eines dreistufigen, in Ring geschalteten Schieberegisters RR angeschlossen sind. Das Schieberegister RR wird durch einen Taktgenerator TR gesteuert, für den entsprechend der vorgegebenen Zykluszeit eine diesbezügliche Folgefrequenz fzt vorgesehen ist Der Transistor Tl bzw. 7*2 hat die Aufgabe, im durchgeschalteten Zustand den Kondensator Cl bzw. die Kondensatoren CX und C2 kurzzuschließen, so daß in den einzelnen Fällen anstelle der Reihenschaltung aus den Kondensatoren Ci bis C3 wahlweise nur noch die Reihenschaltung aus der Kondensatoren C2 und C3 bzw. bei wirksam geschaltetem Transistor T2 nur noch der Kondensate« C3 wirksam ist Dementsprechend wird der Serien schwingkreis des Fahrzeuggerätes nacheinander inHinblick auf die drei Frequenzen ft, /2 bzw. /3 aul Resonanz abgestimmt

Die Steuerung der Transistoren Tl und T2 erfolg durch das in Ring geschaltete Schieberegister RR. Be «•5 eingestellter Stufe RRi wird keiner der beidei Transistoren Tl und T2 leitend gesteuert Nach einen ersten Fortschaltimpuls ist anstelle der Stufe RR1 dii zweite Stufe RR2 des Schieberegisters RR wirksan

geschaltet, wobei steuerwirksames Potential auf die Basiselektrode des Transistors Ti gelangt, der daraufhin den Kondensator Ci kurzschließt. Nach einem weiteren Fortschaltimpuls ist anstelle der Stufe RR 2 die letzte Stufe RR3 wirksam geschaltet, so daß der Transistor TI nicht mehr und dafür der Transistor T2 leitend wird und die Kondensatoren Ci und C2 kurzschließt. Nach einem weiteren Fortschaltimpuls durch den Taktgenerator TR ist wieder der anfängliche Betrachtungszustand des in Ring geschalteten Schieberegisters RR erreicht, bei dem dessen erste Stufe RR 1

eingestellt ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig.3 läßt sich leicht dahingehend abwandeln, daß nicht eine Reihenschaltung von Teilkondensatoren verwendet wird, sondern deren Parallelschaltung. In dem Fall bilden die steuernden Transistoren mit den zugehörigen Kondensatoren eine Reihenschaltung.

Die Patentansprüche 2 und 3 sind echte Unteransprüche, die nur in Verbindung mit dem Hauplanspruch gelten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patt

   Sprache:

   L Einrichtung zur punktweisen, induktiven Informationsübertragung zwischen Fahrzeug und Suckle bd Eisenbahnen, bei welcher auf den Fahrzeugen s verschiedene Resonanzkreise in Verbindung mit einer Spule im Fahrzeugmagneten gleichzeitig mit Wechselströmen unterschiedlicher Frequenzen gespeist werden und an der Strecke passive Schwingkreise gleicher Resonanzfrequenzen angeordnet sind, die bei Beeinflussung der Fahrzeugschwingkreise eine frequenzselektive Speisestromabsen kung unter einen Sollwert hervorrufen zum Auslösen einer der jeweiligen Frequenz zugeordneten Meideeinrichtung, dadurch gekennzeichnet. daß auf jedem Fahrzeug nur ein aus der Spule (SE)Im Fahrzeugmagneten und einem Kondensator (CV) gebildeter Serienschwingkreis vorgesehen ist, dessen Resonanzfrequenz den Frequenzen der Speisewechselströme durch zyklisches Ändern der Kapazität des Kondensators (CV) in an sich bekannter Weise mit Hilfe elektronischer Schaltmit- tei angepaßt wird, wobei die Zykluszeit (1/fz, 1/fzt) kleiner gewählt ist als die Beeinflussungsdauer bei höchster Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Auslöseverzögerung der Meldeeinrichtungen (RL 1, RL 2, RL 3) in der Größenordnung der Zykluszeit liegt
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als in seiner Kapzität änderbarer Kondensator (CV) eine durch einen Sägezahngenerator (SR) steuerbare Kapazitätsdiode (KE) verwendet ist (F ig. 2).

   X Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in seiner Kapazität änderbare Kondensator (CV) aus Teilkondensatoren (Cl, C2, Ci) besteht, die mit Hilfe von Transistorschaltern (Tl, T2) wirksam oder unwirksam schaltbar sind, wobei die Transistorschalter (Tl, T2) zur zyklischen Steuerung mit einzelnen Stufen (RR 2, RR 3) eines in Ring geschalteten Schieberegisters fWy verbunden sind (F i g. 3).