DE2616794A1

DE2616794A1 - Schaltungsanordnung zur verhinderung von stoerungen an einer elektronischen gleitschutzvorrichtung von fahrzeugen, insbesondere schienenfahrzeugen

Info

Publication number: DE2616794A1
Application number: DE19762616794
Authority: DE
Inventors: Artur Dipl Ing Hamacher
Original assignee: KNORR BREMSE GmbH; Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse AG
Priority date: 1976-04-15
Filing date: 1976-04-15
Publication date: 1977-10-27
Also published as: FR2348080A1; DE2616794C2; FR2348080B1; ES457853A1

Description

München,den 23.3.1976

TP11-pd/sch

-1332

NACHGEREICHT

KNORR-BREMSE G.m.b.*¹.
8000 München, Moosacherstraße $0

Schaltungsanordnung zur Verhinderung von Störungen an einer elektronischen Gleitschutzvorrichtung von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die elektronische Gleitschutzvorrichtung wird neben anderen Verbrauchern aus einer Fahrzeugbatterie versorgt, die im Normalfall gegenüber der Fahrzeugmasse elektrisch isoliert angebracht ist. Die Batterie wird Über Ladeeinrichtungen (thyristorgesteuert) bei elektrischen Triebzügen aus der Oberspannung, bei anderen Fahrzeugen aus speziellen Achsgeneratoren gespeist«

Zwischen den Versorgungs- und Steuerleitungen der elektronischen Gleitschutzvorrichtung und der Fahrzeugmasse können im Ersatzschaltbild konzentrierte Störimpedanzen angenommen werden, die sich aus stetig verteilten Leitungsbelägen und Isolationswiderständen der entsprechenden Leitungen ergeben.

Diese Impedanzen werden in der Regel aus einer Parallelschaltung von Isolationswiderständen R^_BX und Koppelkapazitäten 0_χ der

709843/034?

-t- 261R79A

der entsprechenden Leitungen gebildet. Die Koppelakapazität wird ausschließlich von der Kabelausführung und -Verlegung im Fahrzeug bestimmt und bleibt während der Betriebszeit des Fahrzeuges auch nahezu konstant.

Der Isolationswiderstand R. jedoch kann, wie die Praxis gezeigt hat, durch Feuchtigkeitseinschlilsse, Defekte an fremden Verbrauchern (Spannungswandler, Fahrzeugbeleuchtung, Thermo fach) und mangelhafte Installation jeden beliebigen Wert zwischen Null und Unendlich annehmen und damit zu Funktionsstörungen oder zur Zerstörung des elektronischen Gleitschutzes führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der obengenannten Art anzugeben, durch die bei kleinen Störimpedanzen zwischen der elektronischen Gleitschutzvorrichtung bzw. fremden, an die Fahrzeugbatterie angeschlossenen Verbrauchern und der Fahrzeugmasse eine Zerstörung bzw. eine Funktionsstörung der elektronischen Gleitschutzvorrichtung weitgehend vermieden wird, wobei der Schaltungeaufwand gering sein soll.

Diese Ailgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspriichen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausftihrungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren eingehender erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer elektronischen Gleitschutzvorrichtung im Fahrzeug nach herkömmlicher Art;

Fig. 2 eine elektronische Gleitschutzvorrichtung mit galvanischer Trennung der Gesamtelektronik;

709843/0347

!S!N#-. INSPECTED

Fig. 3 eine elektronische Gleitschutzvorrichtung rait galvanischer Trennung nach einem AusfUhrungsbeispiel der Erfindung;

I¹Ig. 4 eine elektronische Gleit schutzvorrichtung mit galvanischer Trennung nach einem weiteren Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild einer elektronischen Gleitschutzvorrichtung im Fahrzeug nach herkömmlicher Art dargestellt. Die elektronische Gleitschutzvorrichtung 1 besteht aus einer f.iesrienschaltung der Unterbaugruppen Gleichrichtet, Generatoranpaasutig '6, Auswerteelektronik 4» Endverstärker 5 und Endstuf entrann i«tor 6, Die Auswerteelektronik 4 und ggf. der Endverutärker ^ wird über ein spannung age regelt es Netzteil 7 von einer toihrKeugbatterie 10 mit Energie versorgt.

Ein liadfjenerator M, dessen Ausgangs spannung proportional der Drehzahl eine« überwachten Radea ist, ist über Steuerleitungen bzw, 12 mit dem Gleichrichter 2 verbunden.

Ein Magnetventil 9 ist Über Leitungen 13 bew. 14 mit einem Eingang des Netzteiles 7 bzw. dem Endatufentranaistor 6 verbunden. Die Auswerteelektronik 4 ist Über eine Leitung 17 und einen Schalter 19 und das Netzteil 7 über eine Leitung 15 mit einem Pol der Fahrzeugbatterie 10 verbunden.

Die Unterbaugruppen sind weiterhin über eine Leitung 16 mit dem anderen Pol der Fahrzeugbatterie verbunden.

Die Leitungen 11 bia 17 sind nun über als konzentrierte Störimpedanaen Z1 bis Z7 dargestellte Iaolationswiderstände R. und

is

Koppelkapazitäten G an Impedanzbezugspunkten A bis G mit der Jmhrseu/iriiasne 18 verbunden. In den Impedanzen Z5 und Z6 seien auch weitere -m der Fahrzeugbatterie 10 angeschlossene Verbraucher (Spannungswandler, Thermofach etc) mit einbezogen.

BAD ORiGSNAL

709843/034?

-4-

Bei elektrischen Triebzügen, Speisewagen mit Fahrdrahtbügel muß ein Rückstrom über die Fahrzeugraaase 18 angenommen werden, dessen Größe und Verteilung während der Fahrt auf Grund stark wechselnder Übergangswiderstände zwischen Rad und Schiene sehr großen Schwankungen unterworfen ist. Dieser Rückstrom führt zu störenden Potentialdifferenzen zwischen den Impedanzbezugspunkten A bis G.

Kann bei allen Impedanzen Z1 bis Z7 der Isolationswiderstand R. als Unendlich angenommen werden, so bleiben allein die Koppelkapazitäten C bestehen. Setzt man einen Mittelwert für verrohrte Kabel von 50 pF/m an, so können bei den vorliegenden Fahrzeuglängen die Koppelkapazitäten einen Maximalwert von 1 bis 1,5 nüE nicht überschreibt, so daß die Funktion des Gleitschutzes bei Störquellen mit einem FrequenzSpektrum zwischen 0 und 1 kHz nicht spürbar gestört wird. Bei Störquellen mit einer Frequenz größer 1 kHz ergeben sich Störungen über eine Einkopplung über die Generatorleitungen in der Auawerteelektronik, die durch Zwischenschalten eines Filters zwischen Generator B und Gleichrichter 2 behoben werden können.

Bei einem Masseschluß des Batteriepluspoles (Z5 = 0 bzw. Z3 = 0) tritt noch keine SBrung auf, wenn die übrigen Isolationswiderstände hinreichend hochohmig bleiben. Bei einem zusätzlichen Masseschluß ergibt sich folgendes .Störungsbild:

Folge des Masseschlusses Bemerkung

Kurzschluß Batterie 10
Magnetbremse dauernd
erregt

- nicht kurzschlußfeste End

stufe wird zerstört

Spannung an Auswerte- [Gleitschutz für elektronik 4

Masseschluß	II Il	0 0
Z6 Z7	=	0
Z4	-	0
Z2	₌	0
V,\

Spannung an Auswerte- "S außer Funktion. Bei inter elektronik 4 mittierendem Sculuß löst

(^Gleitschutz aus.

Da der Isolationswiderstand beliebige Werte annehmen kann, ergeben sich entsprechende Zwischenstufen der Störbeeinflussung.

709843/0347

Bei einem Masseschluß des Batterieminuspols (Z6 = 0) ergibt sich Jülgendes Fehlerbild:

iiaaaesehluß Folge des Masseschlussea Bemerkung

«'j> * υ Kurzschluß Batterie 10

Z7 ~ 0 - Kurzschluß der Batterie beim

Ansteuern der Magnetbremse Z4 = 0 Magnetventil 9 dauernd
erregt

Z3 = 0 Kurzschluß Batterie 10

Z2 = 0 Diode in Gleichrichter 2 Gleitschutzfunktion gestört kurzgeschlossen

£i -- 0 Diode in Gleichrichter 2 Gleitschutzfunktion gestört kurzgeschlossen

Auch hier können sich beliebige Zwischenstufen ergeben.

Die obigen Betrachtungen lassen erkennen, daß Masseschliisse der Batterieanschlüsse (in Verteilerdosen, durch defekte Zusatzverbraucher, v/ie Heizung, Thermofach) in manchen Fällen duroh Rückströme Über die Gleitachutzelektronik zur Zerstörung von Halbleiterbauelementen führen, Diea kann auch aue der Ausfallstatistik für elektroniüche Gleitschutzvorrichtungen entnommen werden.

In Fig. 2 ist eine elektronische Gleitschutzvorrichtung mit galvanischer Trennung der Gesamtelektronik dargestellt.

Die Vorrichtung nach Fig. 2 stimmt in ihren GrundzUgen mit der in Fig. 1 dargestellten überein. Jedoch ist hler d&e „gesamte Elektronik einschließlich des Endverstärkers 5 und der Ansteuerung des Magnetventils 9 über eine galvanische Trennung von der Fahrzeugbatterie 10 abgetrennt. Die galvanische Trennung inf hierbei in dem Netzteil 7¹ ausgangsseitig diuthgefUhrt. Hieraus ergibt sich, daß die Leitung 13 ebenfalls ausgangsseitig an dem Netzteil 7¹ angeschlossen ist. Eine solche galvanische Trennung wird in Wechselspannungsnetzen üblicherweise durch

709843/0347 ««ORIGINAL

Trenntransfornsfcoren erreicht. Masseschlüsse auf der Batterieseite (Z5 = 0 bzw, Z6 = O) und ein zusätzlicher Masseschluß in der Gleltschutzverdrahtung haben keinen Einfüß auf die Funktion der Gleitschutzvorrichtungen. Bei hinreichend kleiner Koppelkapazität des Energieübertragers entfallen auch hochfrequente Störungen, so daß auf ein Filter verzichtet werden kann. Für die galvanische Trennung der Stromversorgung kommen grundsätzlich nur Wandlernetzteile in Frage.

Da bei dieser Art der galvanischen Trennung die gesamte Energieversorgung über den Wandler erfolgt, muß insbesondere für den Endverstärker und die Anateuerung des Magnetventiles 9 eine große Leistung bereitgestellt werden. Hierdurch bedingt muß vor allem der Übertrager entsprechend groß dimensioniert sein, was wirtschaftlich nicht vertretbar ist.

In Fig. 3 ist eine elektronische Gleitschutzvorrichtung mit galvanischer Trennung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau dieser Gleitschutzvorrichtung stimmt mit denen der Fig. 1 und 2 überein. Unterschiedlich hierzu ist jedoch, daß das Netzteil 7" über eine erste galvanische Trennung 20 mit der Auswerteelektronik 4, und die Auswerteelektronik 4 über eine zweite galvanische Trennung (21) mit dem Endverstärker 5^H verbunden ist.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die erste galvanische Trennung 20 aus einem Spannungswandler mit Übertrager. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beoteht die zweite galvanische Trennung 21 aus einem Optokoppler, einem Übertrager oder einem Reed-Relais.

Die geregelte Ausgangsspannung des Netzteiles 7 wird also galvanisch getrennt, der Auswerteelektronik 4 zugeführt,und das Aua^ngssignal der Auswerteelektronik wird galvanisch getrennt dem Endverstärker 5" zugeführt. Das Magnetventil 9 und der

709843/0347

itodstufentransiotor 6 aind also galvanisch mit der Fahrzeugbatterie 10 verbunden. Die galvanische Trennung 20 kann mit einem kleinen Übertrager aufgebaut werden, da nur noch die geringe für die Auswerteelektronik erforderliche Leistung übertragen werden muß. Sie beträgt ca. 1 Watt.

Die galvanische Trennung 21 kann ebenfalls für eine geringe Leistung dimensioniert werden, da hier nur Steuerimpulse geringer Leistung übertragen werden müssen. Dies kann z.B. auch über ein Reed-Relais mit kleinen An/Abfallseiten erreicht werden. Für Z5 = 0 ergibt sich folgendes Fehlerbild:

Maaeesohluß Folge des Masseschlusses Bemerkung Z6 = 0 Kurzschlußbatterie

Z4 = 0 - nicht kurzschlußfeste End

stufe wird zerstört

EUr Z6 = 0 ergibt sich folgendes Fehlerbild:

Masseschluß Folge des Masseschluases Bemerkung; Z5 = 0 Kurzschluß Batterie

Z4 = 0 Magnetventil 9 dauernd er- Gleitschutz mit Sioberheite regt. karte schaltet ab.

Z3 = 0 Kurzschluß der Batterie

Z1 = 0 ·«·

Störungen durch höherfrequente Störquellen treten auch ohne Filter nicht mehr auf.

In Fig. 4 ist eine elektronische Gleitschutzvorrichtung mit galvanischer Trennung nach einem weiteren AusfUhrungsbeispiel der Erfindung gezeigt.

709 84 3/03 47

-8-

Der grundsätzliche Aufbau der Gleitechutzvorrichtung entspricht den oben beschriebenen Figuren. Im Unterschied hierzu ist jedoch der Gleichrichter 2 von der Generatoranpassung 3 durch eine dritte galvanische Trennung 22 getrennt. Funktionsstörungen für Z1 = 0 bzw. Z2 = 0 als auch Fehler durch hochfrequente StUrquellen können auch ohne Filter nicht mehr auftreten. Obwohl für den elektronischen Gleitschutz ein Wechselspannungsgenerator verwendet wird, ist eine einfache galvanische Trennung mit einem Übertrager ohne starke Verfälschung der Generatorkennlinie auf der galvanisch getrennten Seite problematisch, da Übertrager mit stark linearer Kennlinie nur mit großem Aufwand zu verwirklichen sind. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird deshalb eine galvanische Trennung mit einem Chopperverstärker vorgeschlagen. Die Leistung, die bei dieser Schaltungsanordnung übertragen werden muß, ist ebenfalls sehr klein, so daß auch kleine Ferritlibertrager verwendet werden können. Es versteht sich, daß die dritte galvanische Trennung nicht nur sswischen dem Gleichrichter 2 und die Generatoranpassung 3 geschaltet werden kann, sondern ebenso zwischen den Generator 8 und den Gleichrichter, als auch zwischen der Generatoranpassung 3' und die Auswerteelektronik 4.

^s sei darauf hingewiesen, daß auch bei einer vollen galvanischen Trennung bei zwei oder mehr Maaseschlüssen innerhalb des getrennten Systems Funktionsstörungen der Gleitschutzelektronik auftreten können. Selbst wenn für die Verdrahtung der Gleitschutzvorrichtung die gleiche Ausfallrate angesetzt wird wie für die restliche Installation, so durfte doch wegen der großen Anzahl von zusätzlichen Verbrauchern und elektrischen Ausrüstungen ein Masseschluß mit hinreichend kleiner Impedanz zwischen Fahrzeugmasse und Λβη Batterieklemmen am häufigsten auftreten.

709843/0347

-9-

Das Grundprinzip der Erfindung liegt also darin, den Riickstromkreis zur Batterie in der Elektronik an einer oder mehreren Stellen zu unterbrechen. Einer vollständigen galvanischen Trennung der Gesamtelektronik bedarf es also nach der Erfindung nicht.

Abschließend sei noch bemerkt, daß für die galvanische Trennung allgemein bekannte Spannungswandler (auch mit Chopperverstärker), Optokoppler oder Reed-Relais, die für die jeweils benötigte, (geringe) Leistung ausgelegt sind, verwendet werden können.

Patentansprüche

709843/0347 _₁₀-

Claims

Patentansprüche

1. Schaltungeanordnung zur Verhinderung von Störungen an einer elektronischen Gleitschutzvorrichtung von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen verursacht durch Störirapedanzen zwischen Versorgungs- und/oder Steuerleitungen der elektronischen Gleitschutzvorrichtung bzw. fremden, an eine Fahrzeugbatterie angeschlossenen Verbrauchern und einer Fahrzeugmasse, wobei die elektronische Gleitschutzvorrichtung wenigstens die Punktionseinheiten Gleichrichter, Auswerteelektronik, epannuigßgeregeltes Netzteil und Endverstärker enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Funktionseinheiten galvanisch von den Versorgungen und/oder Steuerleitungen getrennt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzteil (7» 7'» 7") Über eine erste galvanische Trennung (20) mit der Auswerteelektronik (4) und die Auswerteelektronik (4) über eine zweite galvanische Trennung (21) mit dem Endverstärker (5^M) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste galvanische Trennung (20) aus einem Spannungswandler mit Übertrager besteht.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite galvanische Trennung (21) aus einem Optokoppler, einem Übertrager oder einem Reed-Relais besteht.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Generatoranpassung al3 zusätzliche Funktionseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (2) über eine dritte galvanische Trennung (22) mit der Generatoranpassüng verbunden ist.

OR1GM&- IMSPECTED

709843/0347

-11-

bo Schaltungsanordnung nach Anspruch 5» dadurch gpkennzeichnet, daß die dritte galvanische Trennung (22) einen Chopperverstärker enthält.

7083 4 3/0347