DE2656706C2

DE2656706C2 - Einrichtung zum Feststellen von Hindernissen zwischen den Schranken eines schienengleichen Bahnüberganges

Info

Publication number: DE2656706C2
Application number: DE19762656706
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Phys. 7911 Ay Grün
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-12-15
Filing date: 1976-12-15
Publication date: 1986-04-10
Also published as: DE2656706A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Feststellen von Hindernissen zwischen den Schranken e.aes schienengleichen Bahnüberganges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der DE-OS 19 47 076 bekannt ist und weiter unten näher erläutert wird.

Zur Überwachung schienengleicher Bahnübergänge auf Hindernisse im Raum zwischen den Schrankenbäumer. sind optische, akustische und elektromagnetische Methoden bekannt. Lichtschranken haben den Nachteil, daß sie starke Lichtquellen erforderlich machen und bei Regen und Schnee störanfällig sind, weil Reflexionen von Sonnenlicht am Schnee oder an nassen Oberflächen die Photozellen übersteuern können. Ultraschallschranken sind leicht durch Wind oder Fährzeuggeräusche störbar. Induktive Schleifendetektoren und magnetische Sensoren sprechen nur auf Metall an. Bei Verwendung elektromagnetischer HF-Wellen stehen das Reflexions- und das Transmissionsprinzip zur Verfügung. Beim Reflexionsprinzip (Radarprinzip) erzeugt das Hindernis ein Reflexlonssignal, das ausgewertet wird. Nachteiligerweise ergibt hier also ein fehlendes Reflexionssignal ebenso eine Freimeldung wie eine Gerätestörung.

Das Transmissionsprinzip, bei dem die von einem Sender gebündelt abgestrahlten elektromagnetischen Wellen im Mikrowellenbereich im Falle einer Abschattung durch ein Hindernis beim Empfänger einen Pegelabfall verursachen, hat den Vorteil für sich, daß sowohl ein abgeschattetes oder völlig fehlendes Empfängersignal als auch eine Gerätestörung eine Hindernismeldung zur Folge haben, so daß stets eine Meldung »nach der sicheren Seite hin« erfolgt.

Aus der DE-OS 24 01 043 ist eine derartige Einrichtung bekannt, die nach dem Transmissionsprinzip arUltet. Sie weist einen Sender mit sehr schmzlef, schwenkbarer Abstrahlcharakteristik auf, der bei einem Ende der einen Schranke angebracht ist. Ein Empfänger mit breiter, fächerförmiger Empfangscharakteristik ist beim gleichen Ende der zweiten Schranke angebracht. Quer zu den Schranken ist eine Reflektorkette angeordnet, welche die Strahlung des Senders in Richtung des Empfängers reflektiert. Nachteilig an dieser Einrichtung Ist der Aufwand für das Schwenken der Abstrahlcharakteristik. Nachteilig ist ferner die Reflektorkette, die quer zu den Schienen im Gleisbett angebracht werden muß. Dort kanr sie leicht verschmutzen oder z. B. durch Schnee bedeckt werden, wodurch die Einsatzbereitschaft der Einrichtung beeinträchtigt werden kann.

Aus der eingangs genannten DE-OS 19 47 076 Ist bereits eine Einrichtung zum Feststellen von Hindernissen zwischen den Schranken eines Bahnüberganges bekannt, die sich des Transmissionsprinzips bedient und bei der an einer Schranke des Bahnübergangs eine größere Anzahl von Sendern und an einer gegenüberliegenden Schranke dieselbe Anzahl von Empfängern befestigt Ist. Die Strahlen der Sender sind scharf gebündelt und Im wesentlichen parallel gerichtet. Dadurch soll erreicht werden, daß der Strahl eines Senders jeweils nur von einem Empfänger aufgefangen wird. Bei Unterbrechung wenigstens eines Strahles zwischen Sender und zugeordnetem Empfänger wird ein Alarmsignal ausge-

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löst. Nachteillgerweise macht dabei die Inkonstanz der Oszillatorfrequenz der Sender - quarzgesteuerte Oszillatoren kommen aus Aufwandsgründen nicht in Frage die Maßnahme, bei benachbarten Sender/Empfänger-Paa ren zur Entkopplung unterschiedliche Modulationsfrequenzen zu verwenden, weitgehend wirkungslos, da bei der interferenz der Strahlen benachbarter Sender infolge ungleicher HF-Trägerfrequenzen leicht eine NF-Modulation im Bereich der jeweiligen Modulattonsfrequenzen vorgetäuscht wird. Als weiterer Nachteil kommt noch hinzu, daß die Verladung vieler Sender einen kaum tragbaren Aufwand mit slcn Lringt, weil der Aufwand für einen Sender etwa 5mal höher ist als bei einem Empfänger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der zur Reduzierung des Aufwandes möglichst wenig Sender zur Anwendung kommen, die eine bessere Überdeckung des Gefahrenraumes ermöglicht und bei der keinerlei Entkopplungsprobleme infolge von Reflexionen oder Interferenzen auftreten können.

Die Lösung dieser Aufgabe Ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß jeweils nur ein Sender im Betrieb ist zusammen mit den ihm zugeordneten Empfänger und daß daher keinerlei störende Beeinflussung der Empfänger des jeweils anderen Senders möglich ist.

Das aus dem Stand der Technik bekannte Transmissionsprinzip wird durch Fig. 1 erläutert.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 2 einen Teil eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines zugehörigen Senders. Fig. 4 ein Blockschaltbild eines zugehörigen Empfängers.

Fig. 5 die sich überdeckenden Abstrahlungscharakteristiken der Sender.

Fig. 6 den Strahlengang zwischen Sendern und Empfängern.

F i g. 7 ein detailliertes Blockschaltbild einer zweiten Ausführung.

Fig. 8 ein Frequenzschema für eine weitere Ausführung.

Fig. 1 zeigt das Transmissionsprinzip mit sinem Mikrowellensender, dessen Mikrowellen mittels einer Antenna mit Richtcharakteristik gebündelt in Richtung eines Empfängers abgestrahlt werden. Werden die Mikrowellen durch ein Hindernis zwischen Sender und Empfänger abgeschaltet oder unterbrochen, so führt das bei dem Empfangs: zu einem Pegelab- oder Ausfall, der ausgewertet wird.

Flg. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gestrichelt angedeutet sind die beiden Schranken elnss Bahnüberganges mit einem Aniagentell bestehend aus einem Mikrowellensender am unteren Ende der linken Schranke und sechs Mikrowellenempfängern 1 bis 6 in gleichmäßigen Abständen von z. B. 1,25 m an der rechten Schranke. Der dargestellte Anlagenteil dient der Überwachung der einen Hälfte des Bahnüberganges. Die andere Hälfte wird mittels eines nicht dargestellten Mikrowellensenders am oberen Ende der rechten Schranke mit sechs Empfängern an der linken Schranke überwacht. Jeder Sender strahlt die gegenüberliegenden sechs Empfänger an. Bei Pegelabfall eines oder mehrerer

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65 Empfänger gibt eine Ausweiteschaltung eine Hindernismeldung ab.

Je ein Sender und die gegenüberliegenden sechs Empfänger bilden jeweils eine Überwachungsgruppe. Beide Überwachungsgruppen werden beispielsweise im 25-Hz-Takt abwechselnd eingeschaltet. Während der Sender der einen Gruppe (beispielsweise der Gruppe I) in Betrieb ist, sind die an demselben Schrankenbaum befindlichen Empfänger (sie gehören dann zur Gruppe II) to abgeschaltet. Dadurch werden Störungen durch Interferenz der beiden Sender vermieden, so daß auf eine genaue Frequenzstabilisierung der Sender (z. B. durch Quarze) verzichtet werden kann.

Die von den Sendern 51, Send. 1 bzw. 52, Send. 2 abzustrahlenden Wellen werden In einem Modulator Mod. mit dem gleichen Unterträger, der jeweils in den Baugruppen UTl bzw. UT2 erzeugt wird, amplitudenmoduliert. Zwischen den Modulator und die Antenne ist ein Richtkoppler eingeschaltet, mittels dessen ein Referenzsignal (Referenz) für die Empfängerpepel gewonnen wird Ir. einer Vergleichsschaltung werden «sie Ausgangspegel der dem Sender zugeordneten Empfänge, 1 bis 6 mit diesem Referenzsignal verglichen, um einen eventuellen Pegelabfall feststellen zu können.

Ein Blockschaltbild eines Senders ist in FI g. 3 dargestellt. Der Sender weist einen Gunn-Oszillator auf. dessen Resonator auf einem Aluminiumoxid-Keramiksubstrat In Streifenleltungs-Technik aufgebracht ist. Die Sendefrequenz liegt beispielsweise bei 9,47 GHz oder bei 24,125 GHz. Der Gunn-Oszillator erhält über einen Regler seine Versorgungsspannung von z. E. 10 V. Dem Gunn-Oszillator ist ein PIN-Dioden-Modulator Mod. nachgeschaltet. In dem das Oszillatorsignal mittels eines Rechteckunterträgers im Tastverhältnis 1 : 1 getaktet (amplitudenmoduliert) wird, oder der Gunn-Oszillator wird über seine Betriebsspannung selbst getastet.

Das Ausgangssignal des Modulators wird auf eine in Streifenleltungs-Technik auf ein Keramiksubstrat aufgebrachte ^Vagl-Antenne gegeben und in vertikaler Po'arisatlon gebündelt abgestrahlt. Zum Schutz gegen Witterun jSeinflüsse !st der Sender in ein Gehäuse aus PoIymethacrylatlmidschaum eingebaut.

In FIg 4 ist ein Empfänger blockschaltbildmäßig dargestellt. Der Empfänger enthält eine Richtantenne derselben Konstruktion wie beim Sende Als Detektor Det. ist eine Schottky-Diode in Stre'fenleitungs-Technik mit hoher Tangentialempfindllchkelt vorgesehen. Das im Detektor demodullerte SHF-Signal wird als Rechteckspannung in zwei Transistorvorstufen verstärkt und in einem aktiven Filter zur Erhöhung des Signal-Rauschverhältnisses In der Bandbreite begrenzt. Der Empfänger 1st In einem Gehäuse derselben Art wie beim Sender unterbracht. Die Ausgangspegel aller Empfänger werden In einer Vergleichsschaltung mit dom erwähnten Referenzsignal Referenz verglichen (vgl. Flg. 2). Die Vergleichsergabnisse sämtlicher Empfänger beider Überwachungsgruppen gelangen In elnsr Auswerteschaltung zur Auswertung.

Flg. 5 zeigt die Anordnung der beiden Sender Send. 1 und Send. 2 und deren fächerförmige Abstrahlungscharakteristiken. Sender 1 und 2 sichern - zusammen mit den zugehörigen Empfängern E an der jeweils gegenüberliegenden Schranke - abwechselnd je eine Hälfte des Gefahrenraumes.

Die Überdeckung <tes Gefahrenraumes und der Strahlengang zwischen Sendern Sl, 52 und Empfängern sind

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50 aus Flg. 6 zu ersehen. Durch den (nach dem Sender hin) konvergenten Strahlengang ist die Überdeckung des

gefährdeten Raumes bei gleichem Empfängerabstand dichter als bei paralleler Strahlführung gemäß DE-OS 19 47 076. Der Empfängerabstand 1st kleiner gewählt als ein »Normhindernis«, daher 1st auf jeden Fall sichergestellt, daß Hindernisse mit einer Größe, die über derjenlgen des Normhindernisses liegt, zumindest einen der Empfänger abschatten.

Flg. 7 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild einer weiteren Ausführung der Erfindung. Links oben sind die sechs Empfänger I, bis I₆ der Überwachunsgruppe I und der Sender \\_Snd„ der Überwachungsgruppe Il dargestellt, die alle an einer Schranke angebracht sind, sowje links unten die Empfänger Hi bis H₆ der zweiten Überwachunsgruppe und der Sender l_Sr„_de, der Überwachungsgruppe I, die an der anderen Schranke befestigt sind. Durch ein gestrichelt angedeutetes Rechteck in der Mitte in Flg. 7 ist ein Schaltschrank dargestellt, der u. a. die Unterträgergeneratoren (5 kHz) für die beiden Sender und einen Taktgeber (25 Hz) enthält Der die abwechselnde Einschaltung der Überwachungsgruppen I und U bewirkende Taktgenerator mit z. B. 25 Hz Taktfrequenz besteht im wesentlichen aus einer Fllpflop-Schaltung. Entsprechend Ist auch der Generator zur Erzeugung der Modulationsfrequenz (Unterträger) aufgebaut.

Die Anzeige eines Hindernisses wird durch eine Pegelabsenkung von mindestens 5 dB bei einem oder mehreren Empfängern ausgelöst. Die von den einzelnen Empfängern kommenden Signale werden In dem Schaltschrank In Nachverstärkern Verst. alle auf die gleiche Spannung verstärkt. Den Verstärkern sind Schwellwertdetektoren Schwellw. Det. mit einstellbarer Schwelle nachgeschaltet, die bei Absinken des Pegels unter den eingestellten SchweUwert ansprechen. Um zu vermelden, daß durch die Taktung der beiden Überwachunsgruppen I und Il ein Hindernis vorgetäuscht wird, werden die beiden Schwelldetektorgruppen jeweils zusammen mit den zugehörigen Überwachungsgruppen mit ein- und abgeschaltet. Die Schwellwertdetektoren beider Empfängergruppen I und II sind ausgangsseitig In je einer Verknüpfungsschaltung VK, und VKi zusammengeschaltet, die Im wesentlichen aus einer logischen UND-Schaltung bestehen. Die Verknüpfungsschaltungen VK₁ und VKi sind mit ihren Ausgängen In einer als logische ODER-Schaltung ausgebildeten dritten Verknüpfungsschaltung VKx zusammengeführt. Wie erwähnt besteht für eine Freimeldung des Gefahrenraumes die Voraussetzung, daß alle Schwellweridetektoren einen Mindestpegel feststellen.

Eine in Fig. 7 rechts dargestellte Anzeigeeinheit wird getrennt vom Schaltschrank im Sichtbereich eines Schrankenwärters <:der Aufsichtsbeamten angeordnet. Wird ein Hindernis gemeldet, so leuchtet eine rote Lampe auf, während sonst durch eine weiße Lampe angezeigt wird, daß der Gefahrenraum frei von Hindernissen ist. Da jede Ursache, die zur Absenkung eines Pegels führt, eine Alarmanzeige auslöst, werden auch Senderausfälle, Brüche von Zuleitungskabeln und Ausfälle der Stromversorgung als »Hindernis« gemeldet, d. h. die Anlage entscheidet stets nach der sicheren Seite hin.

Die Anzeigelampen sind im Ruhezustand vorgeheizt, um ihre Lebensdauer zu verlängern.

In Fig. 8 ist eine wichtige Möglichkeit zur Verringerung der Störungen durch Bodenreflexionen dargestellt. Bei starken Bodenreflexionen infolge Nässe oder Schnee kann durch Interferenz des direkten Strahls mit einem reflektierten bei geeigneter Phasendifferenz eine starke Pegeiabser.kung beim Empfänger herbeigeführt werden, durch die ein Hindernis vorgetäuscht wird. Diese Störung wird weltgehend dadurch eliminiert, daß - wie In Flg. 8 gezeigt - jeder Sender In je zwei aufeinanderfolgenden Einschaltphasen jeweils eine andere Sendefrequenz /, bzw. /, verwendet, wodurch die Reflexionstörungen herausgemittelt werden. Zur weiteren Reduzierung des Einflusses von Bodenreflexionen sind die Abstrahlungs- bzw. Empfangscharakterlstlken der Sender und Empfänger, die In der Horizontalen eine Breite von etwa 40° haben, außerdem In der Vertikalen möglichst schmal ausgebildet.

Die Erfindung läßt sich natürlich nicht nur bei Bahnübergängen mit zwei Schranken verwenden. Bei mehreren Schranken (z. B. Doppelschranken), werden die Sender an den einzelnen Schranken und die zugehörigen Empfänger auf den jeweils gegenüberliegenden Schranken beispielsweise zyklisch der Reihe nach eingeschaltet.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung rum Feststellen von Hindernissen zwischen den Schranken eines schienengleichen Bahnüberganges mittels mindestens eines elektromagnetischen Strahles vornehmlich in Mikrowellenbereich, der von einem Sender an einer ersten Schranke auf einer Seite des Bahnüberganges gegen einen Empfänger an einer zweiten Schranke auf der anderen Seite des Bahnüberganges abgestrahlt wird und bei dessen Unterbrechung oder Dämpfung oberhalb eines vorgebbaren Wertes ein Alarmsignal ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Anlagenteil (I) bestehend aus einem Sender (Sl, Send.l) an der ersten und mehreren Empfängern (E, 1 bis 6} an der weiten Schranke und ein zweiter Anlagenteil (II) mit einem Sender (52, Send.2) an der zweiten und mehreren Empfängern an der ersten Schranke verwendet werden, wobei die Sender (51, Send.l 52, Send.2) ungefäh- am Anfang der ersten und ungefähr am Ende der zweiten Schranke angebracht sind, daß die Sender (51, Send.l, 52, Send.2) eine fächerförmige Abstrahlungscharakteristik aufweisen derart, daß zum einen durch die Abstrahlungscharakteristik des Senders (51, Send.l) des ersten Anlagenteils alle Empfänger (E, 1 bis 6) dieses Anlayenteils und durch die Abstrahlungscharakteristik des Senders (52, Send.2) des zweiten Anlagenteils sämtliche Empfänger des zweiten Anlagenteils erfaßt werden und daß zum anderen durch die Abstrahiungscharakterlstiken der Sender (51, Sund 1,52, Send.2) des ersten und des zweiten Anlagenteils zusammngenommen der gesamte Raum zwischen der ersten und der zweiten Schranke abgedeckt wird, und daß ^;?r erste und der zweite Anlagenteil jeweils abwechselnd eingeschaltet werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangspegel aller Empfänger (E, 1 bis 6) des ersten bzw. zweiten Anlagenteils mit einer Referenzspannung (Referenz) des Senders (51, Send.l, 52, Send.2) des ersten bzw. zweiten Anlagenteils vergleichbar sind (Vergleichsschaltung) und daß bei Pegelabfall mindestens eines der Empfänger (E, 1 bis 6) eine Hindernismeldung auslösbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Sendern (51, Send.l, 52, Send.2) des ersten und zweiten Anlagenteils abgestrahlten elektromagnetischen Wellen mit dem gleichen Unterträger (UTl, UT2) amplitudenmoduliert sind

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Störungen durch Bodenreflexionen bei jeden Sender (51, Send.l, 52. Send.2) die In aufeinanderfolgenden Intervallen seiner Durchschaltung abgestrahlten elektromagnetischen Wellen jeweils eine andere Sendefrequenz (Jt. fi) aufweisen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Reduzierung des Einflusses von Bodenreflexlonen die Abstrahlungs- bzw. Empfangscharakteristiken der Sender (51, Send.l, 52, Send.2) bzw. Empfänger (E, 1 bis 6) In der Vertikalen möglichst schmal gewählt sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Anlagen ieweils bestehende aus einem ersten und einem zweiten Anlagenteil (I, II) zu einer Gesamtanlage vereinigt sind, wobei der Durchschalttakt der einzelnen Anlageteile' dann so gewählt ist, daß die Anzeigentelle sich untereinander nicht störend beeinflussen.