DE2951124A1 - Elektrischer trennstoss fuer mit wechselstrom gespeiste gleisstromkreise in eisenbahnanlagen - Google Patents
Elektrischer trennstoss fuer mit wechselstrom gespeiste gleisstromkreise in eisenbahnanlagenInfo
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Description
Elektrischer Trennstoß für mit Wechselstrom gespeiste
Gleisstromkreise in Eisenbahnanlagen
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Trennstoß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Trennstöße finden Verwendung in Eisenbahnanlagen
mit durchgehend geschweißten Gleisen und ermöglichen dort die Bildung von isolierstoßfreien Gleisstromkreisen zur
Frei- und Besetztmeldung von Gleisabschnitten.
Aus "Signal + Draht", 71 (1979) 5, Seite 94 bis Seite 100
sind verschiedene elektrische Trennstöße bekannt. Diese bestehen im Prinzip aus zwei auf unterschiedliche Frequenzen
abgestimmten Parallelschwingkreisen , von denen in der Regel einer
als Sendekreis, der andere als Empfängerkreis arbeitet. Die Querverbinder der Trennstöße dienen dazuhin als Ausgleichelemente
für die Triebstromrlickführung . Ist eine Reihe solcher Trennstöße in bestimmten vorgegebenen Abständen im
Gleis angeordnet, so arbeitet jeder Sendekreis eines Trennstoßes auf den Empfängerkreis des nächstfolgenden Trennstoßes.
Es ist damit eine Kette von aneinandergrenzenden Gleisstromkreisen entstanden, die eine nahezu lückenlose
überwachung des Gleises auf seinen Frei- und Besetztzustand hin zuläßt, denn es wird jede Achse, die sich zwischen zwei
Trennstößen befindet und beide Schienen des Gleises kurzschließt, durch eine vom Kurzschluß hervorgerufene Absenkung
der Spannung im Empfängerkreis des nächstfolgenden Trennstoßes unter einen vorgegebenen Schwellenwert, erkannt.
130027/0144
Lediglich bei Verwendung von einfachsten Kurzschlußverbindern als
Querverbinder bleiben schmale Überwachungslücken in unmittelbarer Umgebung der Querverbinder, in denen eine
einzelne Achse nicht erfaßt wird.
Die Parallelschwingkreise der Trennstöße enthalten als
Induktivitäten Teile der Schienen und der Querverbinder,
während die Kapazitäten durch Kondensatoren gebildet werden, die außerhalb des Gleises, in sogenannten Abstimmbaugruppen
angeordnet und Über gesonderte Zuleitungen mit bestimmten Punken der Schienen und/oder der Querverbinder verbunden
sind.
Nachteilig an diesen bekannten elektrischen Trennstößen ist die Notwendigkeit kritischer Resonanzabstimmungen im Gleis
und ein hieraus resultierendes, überaus kompliziertes Abgleichverhalten.
Auch eine nachträgliche Verstimmung der Schwingkreise kann leicht eintreten und hat starke Auswirkung
auf die Beeinflussungskurven durchlaufender Achsen.
Die technische Aufgabe eines elektrischen Trennstoßes der oben beschriebenen Art besteht darin, eine elektrische Aufteilung
eines durchgehend geschweißten Gleises in Gleisabschnitte und eine signal technisch sichere Überwachung dieser
Gleisabschnitte auf ihren Frei- und Besetztzustand hin zu ermöglichen.
Der elektrische Trennstoß nach der Erfindung ist durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
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Durch das Fehlen einer niederohmigen elektrischen Verbindung
zwischen dem Weg der TriebstromrückrUhrung (Schienen, Querverbinder) und dem Empfängerkreis
des Trennstoßes und der mit dem Empfängerkreis verbundenen
Auswerteschaltung wird eine wesentlich einfachere und sicherere Abstimmung des Empfängerkreises ermöglicht. Die
störende gegenseitige Beeinflussung von Sende- und Empfängerkreis
kann, insbesondere dann , wenn der Sendekreis ebenfalls galvanisch vom Triebstromwe-g getrennt ist, weitgehend
ausgeschaltet werden. Ein großer Vorteil ergibt sich
außerdem dadurch, daß die Koppelung zwischen Gleiskreis und Empfängerkreis verringert und damit der Einfluß des Achskurzschlusses
auf die in der Auswerteschaltung erfaßte Spannungsabsenkung soweit reduziert werden kann, daß diese nach
geeigneter Signal verstärkung - nicht mehr nur auf den Achskurzschluß zurückzuführen ist, wie beim Stand der Technik,
sondern zu einem erheblichen Anteil auch auf Wirbelstromverluste in den Chassis der durchfahrenden Fahrzeuge. Diese
Aufteilung der Einwirkungen macht die Auswertung unempfindlicher gegenüber Schwankungen des Achskurzschlusses infolge
Schienenverschmutzung oder - vereisung. Zudem lassen sich die oben erwähnten, schmalen OberwachungslUcken bei Trennstößen
mit geraden Kurzschiußverbihdern durch eine solche Aufteilung
zum Verschwinden bringen.
Eine Reihe von Ausführungsbeispielen enthält, wie in Anspruch 2 beschrieben, einen Kurzschlußverbinder als Querverbinder.
Dies bedingt einfachen Aufbau und geringen Verlegungsaufwand. Die Sicherheit der Gleisbesetzungsmeldung ist dabei,
insbesondere wenn Fahrzeuge mit definiertem Achsabstand verwendet werden, gewährleistet.
130027/0144
Die Ansprüche 3 bis 6 enthalten Kombinationen verschiedenartiger Leiterschleifen mit jeweils einem Kurzschlußverbinder.
Diese Kombinationen sind sowohl zur Einspeisung wie auch zur Auskoppelung von Gleiswechselströmen geeignet.
Bei der Auskoppelung von Gleiswechselströmen läßt sich hier, um eine Oberwachungslücke im Bereich des Querverbinders zu
vermeiden, die Einwirkung der Fahrzeugchassis auf sehr einfache
Weise erfassen.
Die Ansprüche 7 und 8 beziehen sich auf die Verwendung eines
sogenannten S-Verbinders als Querverbinder. Mit diesem Verbindertyp wird, auch ohne Ausnutzung des Einflusses der Fahrzeugchassis,
eine echte Oberlappung<der Beeinflussungskurven
der beiderseits des Trennstoßes gelegenen Gleisstromkreise erreicht. Die erfindungsgemäß vorgesehene Trennung zwischen
triebstromfUhrendem Gleiskreis und als Empfängerkreis wirkender, mit der Auswerteschaltung verbundener Leiterschleife ermöglicht
dabei eine einfache und exakte Resonanzabstimmung auf die auszuwertende Frequenz. Bei Verwendung vom Gleiskreis getrennter
Sende- und Empfängerschleifen zusammen mit einem S-Verbinder läßt sich zudem die Kopplung zwischen Sende- und
Empfängerkreis eines Trennstoßes so weit absenken, daß ihr bei der Abstimmung des Empfängerkreises störender Einfluß
nahezu verschwindet.
Anspruch 9 sieht eine magnetische Ein- und/oder Auskopplung
mittels Koppelspulen vor, welche zusammen mit einem S-Verbinder
anstelle von Leiterschleifen eingesetzt werden. Da die Koppelspulen an solchen Stellen am Gleis angebracht sind,
an denen die Gleisströme der jeweils unerwünschten Frequenz in der Schiene und im 'dicht daneben verlegten S-Verbinder
gegensinnig fließen und sich in ihrer Wirkung kompensieren, tritt keine Verkopplung zwischen Sender- und Empfängerkreis
eines solchen Trennstoßes auf.
130027/01U
- ο —
Anhand mehrerer Figuren sollen nun Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Trennstoßes beschrieben und ihre
Funktion erklärt werden.
einem Kurzschlußverbinder verlegte Leiterschleifen, z.T. mit Beeinflussungskurven
einem S-Verbinder, z.T. Beeinflussungskurven
gemäßen Trennstößen
In Figur 1 ist dargestellt eine Leiterschleife L, welche
zwischen zwei Schienen Sl, S2 eines Gleises in unmittelbarer Umgebung eines die Schienen auf geradem Weg verbindenden
Kunzschlußverbinders KV verlegt und mit einem außerhalb des
Gleises angeordneten Auswertegerät AG verbunden ist. Ausgewertet wird eine Wechselspannung mit einer Frequenz f die
von einem,im rechts vom Kurzschlußverbinder gelegenen, aus
Schienen und Kurzschlußverbinder bestehenden Gleiskreis
fließenden an einer in der Figur nicht dargestellten Stelle
des Gleiskreises eingespeisten Gleisstrom,aufgrund induktiver Kopplung zwischen Gleiskreis und Leiterschleife induziert
wird. Das Auswertegerät enthält im wesentlichen eine zur
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Abstimmung des Leiterschleifenkreises auf die zu empfangende
Frequenz f notwendige Kapazität C sowie einen Schwellwertschalter als Empfänger, der, abhängig von der Höhe
der in der Leiterschleife induzierten Spannung, den durch die Leiterschleife überwachten Gleisabschnitt über eine
Stellwerksleitung ST frei- oder besetzt meldet. Das Auswertegerät
enthält außerdem weitere Abstimmittel, die, zusammen mit der Kapazität C, eine sogenannte Abstimmeinheit bilden,
z.B. veränderbare Kapazitäten oder veränderbare Induktivitäten, zur Durchführung eines genauen Resonanzabgleichs
des Leiterschleifenkreises.
Eine von links nach rechts über das Gleis rollende Achse A beeinflußt den Leiterschleifenkreis auf verschiedene Weise:
Sie bildet mit den Schienen und dem Kurzschlußverbinder KV
einen geschlossenen niederohmigen Stromkreis, der als parallelliegende
"Kurzschlußwindung" den Leiterschleifenkreis bedampft.
Dieser Einfluß führt, je nach Grad der Kopplung zwischen Gleiskreis und Leiterschleife, zu einer mehr oder
weniger starken Absenkung der Spannung im Leiterschleifenkreis. Diese Spannungsabsenkung nimmt bei Annäherung der
Achse A an die Leiterschleife langsam zu und wird am stärksten, wenn die Achse die linke Begrenzung der Leiterschleife
erreicht hat. Bei Weiterbewegung der Achse nach rechts wird
die Spannungsabsenkung wieder kleiner bis sie auf Höhe des Kurzschlußverbinders den Wert Null erreicht.
Völlig symmetrisch würde sich die Spannungsabsenkung rechts des Kurzschlußverbinders einstellen, wenn die Leiterschleife
nicht, wie in Fig.l, aus dem rechts des Trennstosses gelegenen Gleiskreis, sondern unabhängig vom Gleiskreis gespeist würde.
130Ü27/01U
- ίο -
In dem in Fig. 1 dargestellten Fall tritt nach Oberschreiten
des Kurzschlußverbinders durch die Achse eine andere Art der Beeinflussung ein, die zu einer starken
Spannungsabsenkung im Leiterschleifenkreis führt und
die oben beschriebene Beeinflussung übertrifft. Es ist dies die Abnahme der induktiven Koppelung zwischen der
Leiterschleife und dem sie speisenden Gleiskreis infolge Verkleinerung der Überlappung zwischen der Gleisstromkreisfläche
und der von der Leiterschleife umschlossenen
Fläche durch den Achskurzschluß. Befindet sich nämlich die Achse A rechts vom Kurzschlußverbinder, so fließt
der Gleisstrom nicht mehr durch den Kurzschlußverbinder KV
sondern durch die der Einspeisestelle näher gelegene Achse A. Das links der Achse A gelegene Gleiskreisstück
bleibt nahezu stromlos und trägt zur Koppelung zwischen Gleiskreis und Leiterschleife nicht mehr bei. Bei Weiterbewegung
der Achse nach rechts wird die öberlappungsflache
und damit die Koppelung zwischen speisendem Gleiskreis und Leiterschleife immer geringer bis nach Verlassen der
rechten Schleifenbegrenzung durch die Achse überhaupt keine Koppelung mehr besteht und die Spannung im Leiterschieifenkreis
auf Null absinkt. Erst wenn die Achse die Einspeisestelle des Gleiskreises passiert hat, stellt
sich der Gleisstrom und die Spannung im Leiterschieifenkreis
wieder ein.
Eine dritte Art der Beeinflussung der vom Auswertegerät
registrierten Spannung kommt durch die Chassis der mit den durchfahrenden Achsen verbundenen Fahrzeuge zustande.
130027/01U
In den Metallteilen der Fahrzeugchassis treten Wirbelstromverluste
auf, die umso größer sind, je höher die Gleisfrequenz gewählt wird und die ebenfalls eine Spannungsabsenkung
im Leiterschleifenkreis bewirken, die sich den durch die oben genannten anderen Beeinflussungsarten hervorgerufenen Spannungsabsenkungen überlagert.
Wird die Koppelung zwischen Gleiskreis und Leiterschleife
- z.B. durch Vergrößerung des Abstands zwischen Schienen und Leiterschleifenkabel - verringert, so mimmt
der relative Anteil der Wirbelstromverluste an der Spannungsabsenkung
im Leiterschieifenkreis zu und man erhält ein teilweise auf Achseinwirkung und teilweise auf
ChassiseinwirKung beruhendes Signal, welches nun zwar
schwächer ist als das bei starker Koppelung zwischen Gleiskreis und Leiterschleife empfangene Signal aber
durch Verstärkung auf die zur Auswertung erforderliche
Höhe gebracht werden kann.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung kann auch als Sendekreis zur induktiven Einspeisung von Gleisstrom in die beiderseits
des .Kurzschiußyerbinders liegenden Gleiskreise
verwendet werden. An die Stelle des Auswertegerätes AG tritt dann ein Einspeisegerät welches neben einer Abstimmeinheit,
bestehend aus einer zur Resonanzabstimmung notwendigen Kapazität und weiteren Abstimmitteln, einen Wechselstromgenerator
mit niederohmigem Ausgang enthält. Es besteht auch
die Möglichkeit, die in den Auswertegeräten enthaltenen Empfänger sowie die in den Einspeisegeräten enthaltenen Wechselstromgeneratoren
getrennt von den Abstimmeinheiten, etwa im Stellwerk, unterzubringen und sie über Kabel mit den an
der Strecke verbleibenden Abstimmeinheiten zu verbinden.
130027/0144
Figur 2 enthält eine in der Mitte gekreuzte Leiterschleife
Die Beeinflussung erfolgt wie bei dem in Figur 1 gezeigten
Trennstoß, jedoch in beiden Teilschleifen gegenphasig.
Figur 3 zeigt eine Schleifenanordnung mit zwei Leiterschleifen Ll, L2 welche je einem Auswertegerät AGl, AG2
zugeordnet sind und verschiedene Gleisfrequenzen fl, f2 empfangen. Die Figur zeigt außerdem den Verlauf der
Schleifenspannungen UAGl und UAG2 über dem Ort S einer mit einem Fahrzeug verbundenen Achse, sogenannte Beeinflussungskurven.
Hier wird die zur Gleisfreimeldung der links und rechts an den Kurzschlußverbinder KV anschließenden
Gl eiskreise erforderliche Spannung Uf in einem Punkt P3 durch die Schleifenspannung UAG2 unterschritten, der
rechte, durch die Schleife L2 überwachte Gleiskreis also gerade noch rechtzeitig vor Freimeldung (Anstieg der
Schleifenspannung UAGl über !die Spannung Uf in einem Punkt P4) des links vom Kurzschlußverbinder gelegenen, von der
Schleife Ll überwachten Gleiskreises, besetzt gemeldet.
Eine öberwachungslücke (Punkt P4 links von Punkt P3) kann
hier auftreten, wenn die Wirkung der Fahrzeugchassis nicht mit einbezogen wird.
Die Figuren 4 und 5 zeigen mögliche Leiterschleifenkombinationen,
L3, L4 und L5, L6 mit denen eine verfeinerte Auflösung der Beeinflussungskurven erreicht werden kann.
130027/0U4
Figur 6 zeigt die Kombination zweier Leiterschleifen L7,
L8 mit einem sogenannten S-Verbinder SV. Die Schleife L8 ist auf eine dem rechts vom S-Verbinder gelegenen Gleiskreis
zugeordnete Frequenz f3, die Schleife L7 einer dem links vom S-Verbinder gelegenen Gleiskreis zugeordnete Frequenz
f4 abgestimmt. Beide Schleifen sind mit getrennten Auswertegeräten (bzw. Abstimmeinheiten) AG3, AG4 verbunden, die zweckmäßig
in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein können. Figur 6 zeigt auch den Verlauf der Schleifenspannungen
(Beeinflussungskurven) für die dargestellte Anordnung.
Es tritt hier eine ausgeprägte Oberlappungszone (Gebiet zwischen Punkten Pl und P2) auf, in der beide Auswertegeräte
AG3, AG4 eine Besetztmeldung abgeben. Während sich dieses überlappungsverhalten nicht wesentlich von dem
eines Trennstoßes mit S-Verbinder nach dem Stand der Technik unterscheidet, ist das Abstimmverhalten des Trennstoßes
nach der Erfindung gegenüber dem des Trennstoßes nach dem Stand der Technik erheblich verbessert. Unsymmetrien
in der Triebstromrückführung machen sich, da die von den Gleiskreisen galvanisch getrennten Leiterschleifenkreise
stark selektiv abgestimmt werden können, kaum noch bemerkbar. Auch die gegenseitige Verkoppelung der beiderseits
des S-Verbinders gelegenen Kreise, die beim Stand der Technik die Abstimmung der Kreise erschwert, ist bei
Verwendung galvanisch getrennter Leiterschleifen bereits
bei geringem Abstand der Schleifen voneinander so klein, daß sie nicht mehr stört. Eine sich einem von dem in Fig.6
dargestellten Trennstoß begrenzten Gleisstromkreis nähernde
Achse beeinflußt den Empfängerkreis erst nach Oberfahren des S-Verbinderanfangs. Hierbei ist völlig unerheblich,
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ob die rechts und links des S-Verbinders verlegten Schleifen beide als Empfängerkreise geschaltet sind
oder ob eine der Schleifen zur Einspeisung von Gleiswechselstrom als Sendekreis verwendet wird.
Figur 9 zeigt Gleistromkreise, die durch aus S-Verbinder
und Leiterschleifen bestehende Trennstöße begrenzt sind. Einspeisegeräte EGl, EG2, EG3 versorgen
die Gleisstromkreise über die ihnen zugeordneten Leiterschleifen mit Wechselströmen der Frequenzen f9, flO, fll.
Auswertegeräte AG9, AGIO, AGIl überwachen mit Hilfe ihrer
Leiterschleifen die Gleisstromkreise auf ihren Frei- und
Besetztzustand hin. Ein Sendekreis, bestehend aus Einspeisegerät und Leiterschleife und ein Empfängerkreis,
bestehend aus Auswertegerät und Leiterschleife bilden jeweils
zusammen mit einem S-Verbinder SV einen Trennstoß.
In Figur 10 bestehen die Trennstöße aus je einem S-Verbinder SV mit zwei Empfängerkreisen. Die Einspeisung erfolgt
in der Mitte des zwischen zwei Trennstößen gelegenen Gleisabschnitts direkt in den Gleisstromkreis.
Bei dem in Figur 7 dargestellten Trennstoß sind die Leiterschleifen
L9, LlO gegenüber dem in Figur 6 dargestellten Trennstoß wesentlich verkleinert. Dadurch soll jede Verkoppelung
der Leiterschleifenkreise untereinander verhindert
werden. Denselben Zweck erfüllt der in Figur 8 beschriebene Trennstoß. Dieser verwendet anstelle von Leiterschleifen
Koppelspulen, die an solchen Stellen des Trennstoßes
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angeordnet sind, wo der S-Verbinder und eine Schiene
dicht nebeneinander verlaufen. Der Gleisstrom jeweils eines der zu beiden Seiten des Trennstoßes befindlichen
Gleiskreise fließt an diesen Stellen im S-Verbinder und in der Schiene in entgegengesetzter
Richtung. Er induziert deshalb keine Spannung in der Koppelspule und stört die Auswertung der vom Gleisstrom
des anderen Gleiskreises induzierten Spannung nicht.
130027/0U4
Claims (9)
1.) Elektrischer Trennstoß für mit Wechselstrom gespeiste Gleisstromkreise in Eisenbahnanlagen mit einem an beide
Schienen eines Gleises angeschlossenen Querverbinder,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Einspeisung oder Auskoppelung der Gleiswechselströme
mindestens eine in unmittelbarer Nähe des Querverbinders (KV, SV) verlegte, mit dem Querverbinder und/oder Teilen
der Schienen (Sl, S2) induktiv gekoppelte Leiterschleife
(L, Ll ... LlO) vorgesehen ist.
2. Elektrischer Trennstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querverbinder
ein sogenannter Kurzschlußverbinder (KV) ist, der die
beiden Schienen (Sl, S2) eines Gleises auf kürzestem Wege miteinander elektrisch verbindet.
CS/Pl-P/Bl
12.11.79 -/-
130Ö27/01U
ORIGINAL INSPECTED
H.Fricke - J.Kiess - L.Schulmeyer 7-1-1
3. Elektrischer Trennstoß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige, aus
zwei gleisparallel verlaufenden und zwei quer zum Gleis
verlaufenden Teilstücken bestehenden Leiterschleife (L) so im
Gleis verlegt ist, daß sich die von ihr umschlossene Fläche etwa zur Hälfte auf der einen und zur Hälfte auf der an-1
deren Seite des Kurzschiußverbinders (KV) befindet.
4. Elektrischer Trennstoß nach Anspruch 3, dadurch gekennzei chnet , daß die Leiterschleife (L)
in Höhe des Kurzschiußverbinders (KV) gekreuzt ist.
5. Elektrischer Trennstoß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwei unabhängige,
aus je zwei gleisparallel verlaufenden und zwei quer zum Gleis verlaufenden Teilstiicken bestehende! Leiterscheifen (Ll, L2)
im Gleis verlegt sind, wobei sich eine der von den Leiterschleifen
umschlossenen Flächevauf der einen Seite, die andere auf der anderen Seite des Kurzschiußverbinders (KV) befindet.
6. Elektrischer Trennstoß nach den Ansprüchen 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
innerhalb der von den Leiterschleifen (L3, L5) umschlossenen Flächenzusätzliche weitere Leiterschleifen (L4, L6) verlegt
sind.
7. Elektrischer Trennstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet , daß der Querverbinder
nach Art des sogenannten S-Verbinders (SV) aus abwechselnd
130027/0144
H.Fricke - J.Kiess - L.Schulmeyer 7-1-1
quer bzw. parallel zum Gleis verlaufenden Teilstücken besteht, wobei die parallel zum Gleis verlaufenden Teilstücke
dicht neben der einen bzw. anderen Schiene angeordnet sind und durch den Querverbinder (SV) zwei nach entgegengesetzten
Seiten offene Teilschleifen gebildet werden.
8. Elektrischer Trennstoß nach Anspruch 7, dadurch gekennzei chnet
> daß zwei unabhängigere zwei gleisparallel verlaufende und zwei quer zum Gleis verlaufende
Teilstücke aufweisende Leiterschleifen (L7.L8) so im Gleis verlegt
sind, daß je eine der von diesen Leiterschleifen umschlossenen Flächen
innerhalb eine=' der beiden, vom Querverbinder (SV) gebildeten,
einseitig offenen Teilschleifen liegt.
9. Elektrischer Trennstoß für mit Wechselstrom gespeiste
Gleisstromkreise in Eisenbahnanlagen mit einem an beide Schienen eines Gleises angeschlossenen Querverbinder,
dadurch gekennzeichnet, daß der Querverbinder nach Art des sogenannten S-Verbinders
(SV) aus abwechselnd quer bzw. parallel zum Gleis verlaufenden Teilstücken besteht, wobei die parallel zum
Gleis verlaufenden Teilstücke dicht neben der einen bzw. anderen Schiene angeordnet sind und der Querverbinder (SV)
zwei nach entgegengesetzten Seiten offene Teilschleifen
bildet und daß zur Ein- und/oder Auskoppelung von Gleiswechselströmen in unmittelbarer Nähe der parallel zum Gleis
verlaufenden Teilstücke des Querverbinders Koppelspulen kSl, KS2) angeordnet sind.
130027/QU4
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