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Gleisstromkreis, insbesondere für Gleichstrombahnen mit Chopper-gesteuerten
Triebfahrzeugen Die Erfindung betrifft einen Gleisstromkreis für in Gleisabschnitte
unterteilte Gleise im Eisenbahnwesen mit Sende einrichtungen an dem einen Ende und
über die Fahrschienen an diese angekoppelten Empfangs einrichtungen am anderen Ende
Jedes Gleisabschnittes zum Feststellen von Gleisbesetzungen infolge von Achskurzschlüssen
durch die Fahrzeugachsen von die Abschnitte befahrenden Fahrzeugen, insbesondere
für Gleichstrombahnen mit Chopper-gesteuerten Triebfahrzeugen.
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Zum Überwachen des Betriebsgeschehens werden im Eisenbahnwesen die
Gleise in eine Folge von Gleisabschnitten unterteilt und zentral oder dezentral
daraufhin überwacht, ob sie durch Fahrzeuge besetzt oder frei von Fahrzeugen sind.
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Dabei werden die einzelnen Gleisabschnitte durch Achszähleinrichtungen
oder Gleisstromkreise überwacht. Bei durch Achszähleinrichtungen überwachten Gleisabschnitten
wird die Anzahl der in einen Abschnitt eingefahrenen Achsen mit der Anzahl der aus
dem gleichen Abschnitt ausgefahrenen Achsen verglichen und der Abschnitt wird frei
gemeldet, wenn beide Achszahlen übereinstimmen bzw. besetzt gemeldet, wenn die Achszahlen
nicht übereinstimmen. Bei durch Gleisstromkreise überwachten Gleisabschnitten befinden
sich an dem einen Ende eines Gleisabschnittes 9 Sendeeinrichtungen und
an
einem anderen Ende des Gleisabschnittes Empfangseinrichtungen, die über die Fahrschienen
von den Sendeeinrichtungen gespeist werden. Bei freiem Gleis sprechen die Empfangseinrichtungen
auf die von den Sendeeinrichtungen abgegebene Leistung an und melden den Abschnitt
frei. Wird der Abschnitt durch Fahrzeuge besetzt, so wird die durch die Fahrschienen
gebildete Leitung zwischen Sende- und Empfangseinrichtungen durch die Achsen der
Fahrzeuge bedämpft. Die von den Sendeeinrichtungen ausgesandte Leistung reicht dabei
nichts aus, um eine für die Freimeldung des Abschnittes vorgesehene Schalteinrichtung
in der Arbeitsstellung zu halten und der Abschnitt wird besetzt gemeldet.
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Bei der Verwendung von Gleisstromkreisen zum Überwachen von Gleisabschnitten
in Bahnanlagen mit elektrisch betriebenen Fahrzeugen muß mit der Möglichkeit der
Fremdbeinflussung der Empfangseinrichtungen durch über die Schienen fließende Triebrückströme
gerechnet werden. Wenn eine Frequenz des Triebrückstromes der Frequenz des über
die Schienen zu übertragenden Gleisstromes entspricht, kann es zu einer Beeinflussung
der Empfangseinrichtungen im Sinne einer ungewollten Frei- oder Besetztmeldung kommen.
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Aus diesem Grunde wählt man die Gleisstromkreisfrequenz so, daß sie
von der Grundwelle und den mit größerer Amplitude auftretenden Oberwellen des Triebstromes
einen möglichst großen Abstand hat Es ist auch bereits vorgeschlagen worden (DT-OS
2 162 989), die Gleisstromkreisfrequenz von der Triebstromfrequenz durch eine selbsttätig
wirkende Binrichtung abhängig zu machen und so ein Überschneiden von Triebstromfrequenz
und Gleisstromkreisfrequenz zu vermeiden. Derartige Einrichtungen verteuern naturgemäß
die Erstellungskos'ten für Gleisstromkreise und verringern wegen des zusätzlichen
Bauteileaufwandes die Zuverlässigkeit derartiger Anlagene Darüber hinaus ist ihr
Einsatz nur dann sinnvoll, wenn mit einer oder einigen wenigen diskreten Triebstromfrequenzen
zu
rechnen ist.
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Bei Gleichstrombahnen verwendet man seit einigen Jahren Triebfahrzeuge
mit einer sogenannten Chopper-Steuerung.
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Dabei wird die Antriebsleistung der Fahreuge dem 3ahnstromnetz impulsweise
entnommen. Sie wird durch die Impulsdauer und Impulsfrequenz gesteuert. In diesem
Fall ist die Impulsfrequenz auch in dem Triebstrom vorhanden, der über die Fahrschienen
geleitet wird. Es gibt Choppergesteuerte Fahrzeuge, bei denen die Pulsfrequenz innerhalb
eines gewissen Bereiches kontinuierlich veränderbar ist. Dann treten im Triebstrom
innerhalb dieses Bereiches beliebige Frequenzen in beliebiger Kombanation auf. Aber
auch dann, wenn man die Pulsfrequenz stufenweise ändert und dabei die einzelnen
Frequenzstufen so festlegt, daß sie ganzzahlige Vielfache einer Grundfrequenz sind,
ist die Möglichkeit nicht auszuschließen, daß z.B. in einem Bahnnetz mit sehr vielen
Triebfahrzeugen ein einzelnes Fahrzeug infolge ungenauer Einstellung der Pulsfrequenz
oder infolge eines Bauteildefektes eine von dem festgelegten Frequenzschema abweichende
Frequenz erzeugt. Es besteht dann die Gefahr, daß bei dem bekannten Gleisstromkreis
eine unzeitige Freimeldung eines Gleisabschnittes hervorgerufen wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Gleisstromkreis anzugeben,
der auch bei den ungünstigen Triebstromverhältnissen, wie sie bei der Verwendung
von Chopper-gesteuerten Fahrzeugen vorkommen, eine sichere Besetztmeldung des Gleisabschnittes
bewirkt. Ferner soll der erfindungsgemäße Gleisstromkreis nach Möglichkeit auch
Betriebsstörungen ausschließen, die dadurch entstehen, daß ein freier Gleisabschnitt
fälschlicherweise besetzt gemeldet wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist
es, den Gleisstromkreis so weiter auszubilden, daß er auch bei Bahnen, die keine
Chopper-gesteuerten Fahrzeuge
verwenden, mit Vorteil angewendet
werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß in Jedem
Gleisabschnitt in der Nähe der Empfangseinrichtungen mindestens eine Einrichtung
angeordnet ist, in der das magnetische Feld des Triebstromes eine Spannung induziert,
die über eine Filteranordnung mit einem dem Durchlaßbereich der Empfangsfilter für
den Gleisstrom entsprechenden Durchlaßbereich auf Sperrschaltmittel gelangt, welche
das Ausgangssignal eines Empfangsfilters sperren, wenn das Ausgangssignal des entsprechenden
Filters in der der Einrichtung nachgeschalteten Filteranordnung einen vorgegebenen
Grenzwert überschreitet. Besonders zweckmäßig ist es, die Einrichtungen als Spulen
mit mindestens Je einer Windung auszubilden und am Gleis mindestens ein Spulenpaar
anzubringen, von dem die eine Spule an der einen Fahrschiene, die andere an der
anderen Fahrschiene angeordnet ist, und die beiden Spulen so miteinander zu verbinden,
daß Spannungen, welche durch die Magnetfelder in gleicher Richtung fließender Triebströme
induziert werden, in einem angeschlossenen Stromkreis in gleicher Richtung'wirken.
Zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist es zweckmäßig, die Sperrwirkung der Sperrschaltmittel,
welche die in den Gleisspulen induzierte Spannung auf das Ausgangssignal der Empfangseinrichtungen
ausübt, in bestimmten Abständen oder betriebsabhängig zu iiberprüfen.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Angabe besonders zweckmäßiger
Ausgestaltungen an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen nach der Erfindung ausgebildeten Gleisstromkreis
mit einer einzigen Gleisstromkreisfrequenz und Fig. 2 einen Gleisstromkreis, bei
dem Gleisströme mit mehreren Gleisstromkreisfrequenzen verwendet werden.
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Fig. 1 zeigt einen Gleisstromkreis, der aus einer Erdschiene 1, einer
durch Trennstöße 2 und 3 begrenzten isolierten Schiene 4 und zugehörigen Sende-
und Empfangseinrichtungen besteht. Die Sendeeinrichtungen bestehen aus einem Sender
5 für eine bestimmte Gleisstromkreisfrequenz, einer diesem nachgeschalteten Sendefilteranordnung
6 und einem Übertrager 7 für die Ankopplung der Sendeeinrichtungen an das Gleis.
Auf der Empfangsseite ist ein entsprechender übertrager 8 vorgesehen, an den über
eine Empfangsfilteranordnung 9 ein Verstärker 10 angeschlossen ist. Dem Verstärker
10 folgt ein Gleichrichter 11, der einem Schwellwertschalter 12 vorgeschaltet ist.
Dieser Schwellwertschalter gibt bei einem ausreichend starken Eingangssignal Potential
an den Durchschalteingang eines Sperrgliedes 13, das der eigentlichen Schalteinrichtung
für die Freimeldung des Gleisabschnittes vorgeschaltet ist.
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An den Schienen 1 und 4 des Gleisabschnittes sind aus mindestens Je
einer Windung bestehende Spulen 14 und 15 mit ihrer Achse quer zur Fahrrichtung
angeordnet, die so geschaltet sind, daß Spannungen, welche durch die Magnetfelder
gleichgerichteter Triebströme induziert werden, im angeschlossenen Stromkreis in
gleicher Richtung wirken.
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Dieser Stromkreis besteht aus einer Filteranordnung 16 für die Sendefrequenz
des Gleisstromes, einem diesem nachgeschalteten Verstärker 17 sowie einem Gleichrichter
18, dem ein Schwellwertschalter 19 nachgeschaltet ist. Der Schwellwertschalter 19
wirkt auf den Sperreingang des Sperrgliedes 13.
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Unter der Voraussetzung, daß keine Triebstrombeeinflussung vorliegt,
überträgt die Sendeeinrichtung bei freiem Gleis Leistung an die Empfangseinrichtung
und der Schwellwertschalter 12 legt über das durchgesteuerte Sperrglied 13
zur
Freimeldung des Gleisabschnittes Potential an eine nicht dargestellte Schalteinrichtung.
Der über die Schienen 4 und 1 in entgegengesetzter Richtung fließende Gleisstrom
induziert dabei in den Spulen 14 und 15 entgegengerichtete Spannungen, die sich
gegenseitig kompensieren.
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Unter der Voraussetzung, daß über die Schienen Triebströme fließen,
deren Frequenz der Sendefrequenz der Sendeeinrichtung entspricht, werden in den
Spulen 14 und 15 Spannungen induziert, die sich addieren. Überschreitet die von
den Spulen 14 und 15 aufgenommene Spannung einen vorgegebenen Wert, legt der Schwellwertschalter
19 Potential an den Sperreingang des Sperrgliedes 13 und der Gleisabschnitt wird
besetzt gemeldet, obgleich der Schwellwertschalter 12 Potential zum Freimelden des
Gleisabschnittes abgibt.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen,
daß für die Freimeldung eines Gleisabschnittes Gleisströme mit zwei verschiedenen
Frequenzen übertragen werden. Diese Frequenzen werden in Sendern 20 und 21 erzeugt
und gelangen über Sendefilter 22 bzw. 23 einer Sendefilteranordnung 6 und einen
Übertrager 24 auf die Schienen 25 und 26 des Gleisstromkreises. Auf der Empfangsseite
gelangen sie von einem Übertrager 27 auf Empfangsfilter 28 und 29 einer Empfangsfilteranordnung
9 und von dort über Verstärker 30 und 31, Gleichrichter 32 und 33 auf Schwellwertschalter
34 und 35. Liegt keine Triebstrombeeinflussung vor und ist der Gleisabschnitt frei,
geben die Schwellwertschalter 34 und 35 Potential auf die Durchschalteingänge von
Sperrgliedern 36 und 37, die über nachgeschaltete Wandler 38 und 39 sowie die Gleichrichter
40 und 41 auf ein Mischglied 42 einwirken, dem Schaltmittel zum Freimelden des Gleisabschnittes
nachgeschaltet sind.
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An den Gleisen sind Spulen 43 und 44 bzw. 45 und 46 angeordnet, denen
Jeweils Empfangsfilter 47 bzw. 48 einer Empfangsfilteranordnung 16 für Je eine der
Gleisstromkreisfrequenzen, Verstärker 49 bzw. 50 und Gleichrichter 51 bzw. 52 nachgeschaltet
sind. An die Gleichrichter angeschlossen sind Schwellwertschalter 53 und 54, die
auf die Sperreingänge der Sperrglieder 36 und 37 einwirken.
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Überschneiden sich die beiden Gleisstromkreisfrequenzen mit den Frequenzen
der über die Schienen 25 und 26 fließenden Triebströme, so werden die Sperrglieder
36 und 37 hochohmig geschaltet und der Gleisabschnitt wird besetzt gemeldet.
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Wenn man davon ausgeht, daß die beiden Gleisstromkreisfrequenzen relativ
dicht beieinander liegen und so gewählt sind, daß sie etwa gleich weit von der Grundfrequenz
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einer Oberwelle und der benachbarten Oberwelle des Triebstromes entfernt
sind, kann davon ausgegangen werden, daß im Störungsfall allenfalls eine Überschneidung
zwischen einer Gleisstromkreisfrequenz und einer Triebstromfrquenz auftritt. In
diesem Fall würden die beiden Schwellwertschalter 34 und 35 Potential an die Durchschalteingänge
der Sperrglieder 36 und 37 legen; gleichzeitig würde einer der Schwellwertschalter
53 oder 54 Sperrpotential an eines der Sperrglieder 36 oder 37 legen und damit das
Ausgangspotential eines der Schwellwertschalter 34 oder 35 unwirksam schalten. Um
in diesem Falle dennoch die Freimeldung des Gleisabschnittes zu bewirken, ist den
Gleichrichtern 40 oder 41 anstelle eines UND-Gliedes ein Mischglied 42 nachgeschaltet,
über das die Freimeldung bewirkt wird. Über ein dem Mischglied 42 parallel geschaltetes
UND-Glied und das Ausgangssignal des Mischgliedes 42 läßt sich bedarfsweise eine
Meldung ableiten, aus der bei unbesetztem Gleisabschnitt das Vorhandensein eines
ausreichend starken Triebstromes erkennbar ist,
dessen Frequenz
mit einer der Sendefrequenzen übereinstimmt.
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Zur Steigerung der Betriebssicherheit ist es zweckmäßig, das Sperrverhalten
der den Spulen 43 und 44 bzw. 45 und 46 nachgeschalteten Schaltmittel zu überprüfen.
Zu diesem Zweck sind an die Ausgänge der Sperrglieder 36 und 37 Prüfschaltmittel
angeschlossen. Aus Gründen der Ubersichtlichkeit sind nur die dem Sperrglied 37
nachgeschalteten Prüfschaltmittel dargestellt; die dem Sperrglied 36 nachgeschalteten
Prüfschaltmittel sind in entsprechender Weise aufgebaut. Die Prüfschaltmittel bestehen
aus einem Zeitglied 55 und einer diesem Zeitglied nachgeschalteten Torschaltung
56 zum bedarfsweisen Kurzschließen einer der beiden Gleisspulen 45 bzw. 46. Unter
der Voraussetzung, daß keine Triebstrombeeinflussung vorliegt, geben die Sperrglieder
36 und 37 bei freiem Gleisabschnitt Potential an die nachgeschalteten Schaltmittel
ab. Das am Ausgang des Sperrgliedes 37 anliegende Potential wirkt über das Zeitglied
55 auf die Torschaltung 56 und bewirkt damit für eine vorgegebene Zeitspanne das
Kurzschließen der Spule 46. Während der Zeit dieses Kurzschlusses induziert der
über die Schienen 25 und 26 fließende Gleisstrom in der Spule 45 eine Spannung9
die nun nicht mehr kompensiert ist und bei ordnungsgerechtem Betriebszustand und
Betriebsverhalten aller steuernden und aller nachgeschalteten Schaltmittel zum Ansprechen
des Schwellwertschalters 54 und damit zum Sperren des Sperrgliedes 37 führt. Nach
Ablauf der durch das Zeitglied 55 vorbestimmten Verzögerungszeit wird der Kurzschluß
für die Spule 46 aufgehoben, in den Spulen 45 und 46 werden sich kompensierende
Spannungen induziert und das Sperrglied 37.schaltet erneut durch. Bei ordnungsgerechtem
Betriebszustand müssen daher bei freiem Gleis an den Ausgängen der Sperrglieder
36 und 37 Wechselgrößen anliegen, die über die Wandler 38 und 39 weitergegeben werden.
Sind diese Wechselgrößen nicht
vorhanden, so liegt entweder eine
Bauteilestörung vor oder eine Überschneidung zwischen einer Gleisstromkreisfrequenz
und einer Triebstromfrequenz. Eine derartige Störung läßt sich über ein an die Ausgänge
der Gleichrichter 40 und 41 angeschlossenes UND-Glied leicht erkennbar machen. Es
ist aus Sicherheitsgründen zweckmäßig, die Durchlaßbereiche der Filter 47 und 48
der Empfangsfilteranordnung 16 etwas größer zu wählen als die Durchlaßbereiche der
Filter 28 und 29 der Empfangsfilteranordnung 9. Dadurch erreicht man auch, daß die
Filter 47 und 48 schneller einschwingen und die Sperrspannung an die Sperrgatter
gelangt, bevor die durchschaltende Spannung von den Schweliwertschaltern 34 und
35 eintrifft. Diese Wirkung kann man allerdings auch durch eine entsprechende Verzögerung
der Schwellwertschalter 34 und 35 bewirken.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind einschienig isolierte
Gleisstromkreise verwendet. Die Anwendbarkeit der Erfindung ist darauf nicht beschränkt.
Sie ist auch bei allen anderen Arten von Gleisstromkreisen gegeben.
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Bei zweischienig isolierten Gleisstromkreisen kann es zweckmäßig sein,
das Triebstromkriterium am Mittenverbinder der Gleisdrosseln abzunehmen. Dann ist
allerdings die in Fig. 2 gezeigte Überwachung der Sperrschaltung nicht möglich;
sie muß durch eine andere geeignete Schaltung ersetzt werden. Bei isolierstoßfreien
Gleisstromkreisen ist es zweckmäßig, die Spulen 43 bis 46 außerhalb des Wirkungsbereiches
der Z- oder S-Verbinder anzuordnen. Die Erfindung ist ferner sinnvoll auch bei mittengespeisten
Gleisstromkreisen anwendbar und kann auch dort eingesetzt werden, wo mehr als zwei
Gleisstromkreisfrequenzen vorgesehen sind.
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6 Patentansprüche 2 Figuren
1 Erdschiene 2, 5 Trennstoß
4 isolierte Schiene 5 Sender 6 Sendefilteranordnung 7, 8 Übertrager 9,16 Empfangsfilteranordnung
10,17 Verstärker 11,18 Gleichrichter 12,19 Schwellwertschalter 13 Sperrglied 14,15
Spulen 20,21 Sender 22,23 Sendefilter 24,27 Übertrager 25,26 Schiene 28,29,47,48
Empfangsfilter 30,31,49,50 Verstärker 32,33,51,52 Gleichrichter 34,35,53,54 Schwellwertschalter
36,37 Sperrglied 38,39 Wandler 40,41 Gleichrichter 42 Mischglied 43,44,45,46 Spulen
55 Zeitglied 56 Torschaltung