DE3246853A1

DE3246853A1 - Durch unabhaengig voneinander erzeugte impulsfolgen gesteuerte elektrische sicherheitseinrichtung

Info

Publication number: DE3246853A1
Application number: DE19823246853
Authority: DE
Inventors: Bengt J Sterner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1982-12-17
Publication date: 1983-08-11
Also published as: CH660654A5; SE8107568L; IT1155002B; IT8224832A0; NO154083B; FR2518477A1; GB2112227A; IT8224832A1; NO154083C; ES518270A0; US4558407A; GB2112227B; NO824246L; SE429220B; ES8401392A1

Description

Durch unabhängig voneinander erzeugte Impulsfolgen gesteuerte elektrische Sicherheitseinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Sicherheitsanordnung, die von unabhängig voneinander erzeugten Impulsfolgen gesteuert wird, um einen Wechselstrom nur solange in einer Wicklung zu erzeugen, wie die Impulsfolgen eine vorbestimmte Phasenlage zueinander haben und die Bauteile in der Sicherheitsanordnung fehlerfrei sind.

Auf dem Gebiet des Eisenbahnsignalwesens bestehen spezielle Sicherheitsbestimmungen für Vorrichtungen," die beispielsweise zur Steuerung von Weichenantrieben und von Signallampen für Fahrbefehle angewandt werden. Diese Vorrichtungen müssen so ausgeführt sein, daß sie nicht unbeabsichtigt Belastungsstrom aufnehmen, wenn ein Fehler in der Vorrichtung auftritt. Seit langem sind derartige Sicherheitseinrichtungen mit Hilfe von Relais einer speziellen Bauart, sogenannten "Signalrelais" gebaut worden. Das gleiche gilt für die Stellwerks-Logik, welche die Sicherheitseinrichtungen steuert.

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Später hat man die Verriegelungslogik in einer "fail-safe"-Rechnersteuerung ausgeführt. Die Sicherheitseinrichtungen selbst werden aber immer noch mit Relais ausgeführt. Beispielsweise aus der schwedischen Patentschrift 780 1810-8 ist eine Sicherheitseinrichtung bekannt, in der zwei Instruktionsempfänger gleichbedeutende Befehle aus einer zentralen Steuerung aufnehmen und eine an die Sicherheitseinrichtung angeschlossene den Eisenbahnverkehr steuernde Einrichtung gemeinsam schalten; diese Instruktionsempfänger enthalten eine Relaisanordnung zum Durchführen der Schaltaufgabe.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Sicherheitseinrichtung, d.h. eine Sicherheitseinrichtung ohne elektromechanische Bauteile, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung die in den Ansprüchen angegebenen kennzeichnenden Merkmale erhält.

Die Erfindung wird unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der die

Fig. la eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, die

Fig. 1b-1d elektrische Signale an verschiedenen Punkten

der in Fig. 1a gezeigten Sicherheitseinrichtung, die

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, die

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, die

Fig. 4a eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, und die

Fig. 4b-4m die Ströme an verschiedenen Punkten in der Sicherheitseinrichtung in Fig. 4a zeigen.

Die Fig. 1a zeigt eine Ausführungsform der Sicherheitseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung in Form einer einphasigen Transistorbrücke mit einem Zweig und einem künstlichen Nullpunkt. In dem einzigen Zweig der Brücke liegen zwei Transistoren T1, T2 in Reihe geschaltet zwischen den Polen einer GleichspannungsquelIe, die nicht näher gezeigt ist. An die Verbindung zwischen den Transistoren T1, T2 ist ein Ende einer Wicklung L1 angeschlossen,· die die Primärwicklung e.ines Transformators TR1 bildet, an dessen Sekundärwicklung L2 eine Belastung B1 angeschlossen ist. In der dargestellten Ausführungsform wird die Belastung B1 durch eine Signallampe zum Steuern des Schienenverkehrs gebildet. Ein Kondensator Ct liegt zwischen dem anderen Ende der Primärwicklung L1 und dem Minuspol der Gleichspannungsquel Ie. .·

Die in Fig. 1a gezeigte Sicherheitseinrichtung ist dazu bestimmt, die Signallampe B1 mit Wechselstrom zu speisen,

und zwar abhängig davon, daß die Impulse zweier unabhängig voneinander erzeugte Impulsfolgen abwechselnd jeweils an den Basen al, b1 der Transistoren T1 bzw. T2 auftreten. Die beiden Impulsfolgen i_fl1 und i_b1, welche in Fig. 1b ^:. bzw. 1c dargestellt sind, lassen sich beispielsweise mit Hilfe eines Rechners auf der Basis von zwei voneinander unabhängigen Programmen erzeugen.

Treten die Impulse der beiden Impulsfolgen abwechselnd in der in den Fig. 1b, 1c gezeigten Weise auf, entsteht in der Primärwicklung L1 des Transformators TRi ein Wechselstrom i,ι der in der Fig. 1d gezeigten Form, wobei der zwischen der Primärwicklung L1 und dem Kondensator C1 liegende Knotenpunkt den erwähnten künstlichen Nullpunkt darstellt, der auch durch eine Mittelanzapfung der Gleichspannungsquelle gebildet werden kann. Der in Fig. 1d gezeigte Strom induziert dabei einen gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Strom in der Sekundärwicklung L2 des Transformators TR1, wobei dieser entgegengesetzt gerichtete Strom die Signallampe B1 speist, so daß diese brennt, solange die Impulse der Impulsfolgen abwechselnd auftreten und die Bauteile in der Sicherheitseinrichtung fehlerfrei sind.

Wenn dagegen die Impulsfolgen mit einer derartigen Phasenlage auftreten, daß die Transistoren gleichzeitig durchschalten, oder wenn eine der Impulsfolgen fortfällt, oder ein Bauteil fehlerhaft ist, fließt durch die Primärwicklung

kein Wechselstrom, wird folglich kein Strom in die Sekundärwicklung induziert und die Signallampe B1 nicht beaufschlagt.

Natürlich brauchen die beiden Impulsfolgen nicht genau mit der in Fig. 1b, 1c gezeigten Phasenlage aufzutreten. Entschei· dend ist, daß die Impulsfolgen in einer solchen Weise auftreten, daß die Transistoren abwechselnd durchschalten.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Sicherheitseinrichtung in Form einer einphasigen Transistorbrücke mit zwei Zweigen. Es liegen zwei Reihenzweige parallel zwischen beiden Polen einer (nicht weiter erläuterten) GleichspannungsquelIe. In dem einen Reihenzweig liegt ein Transistor T3 in Reihe mit einem Transistor T4, im anderen ein Transistor T5 in Reihe mit einem Transistor T6. Die Primärwicklung L3 eines Transformators TR2 ist an die Verbindungsleitung zwischen den Transistoren eines jeden Paares angeschlossen. Wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine Last B2 in Form einer Eisenbahn-Signallampe an die Sekundärwicklung L4 des Transformators TR2 angeschlossen. Die Basis des Transistors T6 ist mit der Basis des Transistors T3 an einen gemeinsamen Eingang a2, entsprechend die Basis des Transistors T5 mit der des Transistors T4 an einen gemeinsamen Eingang b2 gelegt. Der Eingang a2 ist dazu bestimmt, eine Impulsfolge der in Fig. 1b gezeigten Art aufzunehmen, der Eingang b2 eine Impulsfolge der in Fig. 1c ge-

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zeigten Art. Hierdurch wird ein Wechselstrom der in Fig.1d gezeigten Art in der Primärwicklung L3 des Transformators TR2 erzeugt, der in die Sekundärwicklung L4 einen Wechselstrom induziert, der die Signallampe B2 aufleuchten läßt. Wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform leuchtet die Signallampe B2 nicht, wenn beispielsweise die Transistoren T3, T4 gleichzeitig durchschalten, oder einer der beiden Impulsfolgen entfällt oder ein Bauteil fehlerhaft wird.

Die Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung in einer einphasigen Brücke mit zwei halben Zweigen und einem Transformator mit Mittelanzapfung. Die Kollektoren der Transistoren T7 und T8 sind jeweils an die Primärwicklung L5 eines Transformators TR3 angeschlossen, während die Emitter der Transistoren an den Minuspol einer nicht näher beschriebenen Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, deren Pluspol an die Mittelanzapfung der Primärwicklung L5 gelegt ist. An die Sekundärwicklung L6 des Transformators TR3 ist eine Belastung in Form einer Eisenbahnsignallampe auf dieselbe Art angeschlossen wie in den Fig. Ta und 2. Die Basen a3 bzw. b3 der Transistoren T7 und T8 sind dazu bestimmt, jeweils die Impulsfolgen gemäß der in den Fig. 1b und 1c gezeigten Art aufzunehmen. Hierdurch wird ein Wechselstrom von der in Fig. 1d gezeigten Art in die Sekundärwicklung L6 des Transformators TR3'induziert, der die Signallampe B3 zum Leuchten bringt.

Die Signallampe kommt begreif 1 icherweise-nicht zum Leuchten, wenn die Transistoren T7 und T8 gleichzeitig leitend werden, oder wenn eine der Impulsfolgen entfällt, oder wenn irgend ein Bauteil fehlerhaft wird.

In sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsformen können die Belastungen B1, B2 und B3 auch beispielsweise als Gleichrichterbrücke ausgeführt werden, die angeschlossene Einrichtung mit Gleichstrom speist, der dann mit Hilfe einer Sicherheitseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung auf sichere Weise unterbrochen werden kann.

Eine vierte Ausführungsform der Sicherheitseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4a in Form einer 3-Phasen-Transistorbrücke mit einem Zweig pro Phase gezeigt. Drei Reihenzweige liegen parallel zwischen dem Plus- und dem Minuspol einer Gleichspannungsquelle. Der erste Reihenzweig besteht aus einem Transistor T9 in Reihe mit einem Transistor T10, der zweite Reihenzweig aus einem Transistor T11 in Reihe mit einem Transistor T12, und der dritte Reihenzweig aus einem Transistor T13 in Reihe mit einem Transistor T14. Der Verbindungspunkt zwischen den Transistoren T9, T10 ist einerseits an das eine Ende einer Phasenwicklung L angeschlossen, deren anderes Ende am Verbindungspunkt zwischen den Transistoren T11, T12 liegt, und andererseits an das eine Ende einer Phasenwicklung L.

angeschlossen, deren anderes Ende am Verbindungspunkt zwischen den Transistoren T13, T14 liegt. Dieser letztere Verbindungspunkt ist auch an das eine Ende einer Phasenwicklung L_st gelegt, deren anderes Ende wiederum am Verbindungspunkt zwischen den Transistoren T11, T12 angeschlossen ist.

In der in Fig. 4a gezeigten Ausführungsform sind die Phasenwicklungen L , L_tr und L _t dreieckverschaltet. Die Phasenwicklungen, bei denen es sich um die Phasenwicklungen eines 3-Phasen- bzw. Drehstromtransformators mit beliebiger Last oder um einen 3-Phasen- bzw. Drehstrommotor handeln kann, lassen sich jedoch auch sternverschalten.

Um Wechselstrom durch die jeweiligen Phasenwicklungen zu treiben, sind den Basen der Transistoren T9 - T14 Impulsfolgen der in.den Fig. 4b-4g gezeigten Art zuzuführen. Auf diese Weise fließen in den Phasenwicklungen L , L _t und L· Wechselströme entsprechend der Darstellung der Fig. 4k, 41 bzw. 4m; die Ströme i, i und i. sind in den Fig. 4h, 4i bzw. 4j dargestellt.

Die in der Fig. 4a gezeigte Ausführungsform läßt sich beispielsweise zum Betreiben eines Weichenantriebs verwenden.

In den in Fig. 1a, 2, 3 und 4a gezeigten Ausführungsformen wird der gewünschte Wechselstrom nur so lange erzeugt, wie die Steuerimpulsfolgen abwechselnd auftreten und die Bauteile in der Sicherheitseinrichtung fehlerfrei sind.

In den Fig. 1a, 2, 3 und 4a ist die Sicherheitseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit Transistoren aufgebaut gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, daß stattdessen ebenso auch Thyristoren in den gezeigten Ausführungsformen verwendet werden können.

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Leerseite

Claims

Snövägen 22, S-175 38 Jä'rfälla, Schweden

Patentansprüche

Elektrische Sicherheitseinrichtung, die von unabhängig voneinander erzeugten Impulsfolgen (i_a1» i_b1) gesteuert wird, um einen Wechselstrom (i,,) in einer Wicklung (L1) nur fließen zu lassen, so lange die Impulse der Impulsfolgen abwechselnd auftreten und die Bauteile in der Sicherheitseinrichtung fehlerfrei sind, dadurch g e k en η zeichnet, daß die Einrichtung ein Paar Schaltelemente (T1, T2) mit Steuerelektroden (at, b1) aufweist, die dazu bestimmt sind, jeweils eine Impulsfolge U₃I, Iu₁) aufzunehmen, um die Schaltelemente (T1, T2) abwechselnd durchzuschalten und zu sperren, wobei in einem ersten Fall die Schaltelemente in Reihe zwischen den beiden Polen einer Gleichspannungsquelle liegen und ein Ende der Wicklung an den Verbindungspunkt zwischen den Schaltelementen angeschlossen ist und ihr anderes Ende

entwe.der an der Mittelanzapfung der Gleichspannungsquelle, oder über einen Kondensator (Fig. 1) an einen Punkt mit stabilem Potential

oder am Verbindungspunkt eines weiteren Paares von gleichen Schaltelementen (Fig. 2, Fig. 4a) mit Steuerelektroden angeschlossen ist, die ebenfalls dazu bestimmt sind, jeweils eine der Impulsfolgen (Fig. 2) oder phasenverschobene Versionen dieser Impulsfolgen (Fig. 4a) aufzunehmen, um die weiteren Schaltelemente abwechselnd durchzuschalten und zu sperren, oder wobei in einem zweiten Fall die Schaltelemente mit einem Pol an einen Pol der Gleichspannungsquelle und mit den anderen Polen an jeweils ein Ende der Wicklung angeschlossen sind, die eine an den anderen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossene Mittelanzapfung aufweist (Fig. 3).
2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (L1) die Primärwicklung eines Transformators (TR1) ist, an dessen Sekundärwicklung (L2) eine Last (B1) angeschlossen ist.
3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (B1) eine Eisenbahn-Signallampe ist.
4. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn ze i chnet , daß die Last (B1) eine Gleichrichterbrücke ist.

5; Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, -dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung die Phasenwicklung eines Mehrphasenmotors ist.