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Einrichtung zur Frei- oder Besetztmeldung eines Gleis-
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abschnittes Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Eine solche Einrichtung stellt z.B. das in Anlagen der Deutschen
Bundesbahn eingesetzte Röhrengleisrelais dar, dessen Prinzip in der DE-PS 10 98
982 im Zusammenhang mit der dort dargestellten Figur 1 beschrieben ist.
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Im Röhrengleisrelais wirkt die Elektronenröhre als Phasendiskriminator,
der, abhängig von der Phasenlage einer aus der Gleisspannung UG und einer Vergleichsspannung
U durch Addition gnwonnenen, am Gitter der Röhre anliegenden Summenspannung,zwei
den Frei- oder Besetztzustand des Gleisabschnittes anzeigende Relais B und F ansteuert.
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Das bekannte Röhrengleisrelais arbeitet signaltechnisch sicher, da
eine Störung niemals eine Gleisfreimeldung bewirken kann. Im Regelfall bewirkt eine
Störung die gleichzeitige Betätigung beider den Freizustand oder den Besetztzustand
anzeigender Relais. Dies wird ebenso wie das Fehlen jeglicher Anzeige als Störung
gedeutet.
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Das Röhrengleisrelais hat jedoch auch Nachteile. Diese sind vor allem
durch den Einsatz der empfindlichen und wegen der benötigten Beschaltung aufwendigen
Elektronenröhre bedingt.
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Ein Ersatz dieser Röhre durch einen Halbleiter ist aus Sicherheitsgründen
nicht möglich, da ein Halbleiter bei Ausfall, im Gegensatz zu einer Elektronenröhre,
in einen niederohmigen Zustand übergehen und eine ungerechtfertigte Gleisfreimeldung
bewirken kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Frei-oder Besetztmeldung
eines Gleisabschnittes zu schaffen, die, ähnlich dem Röhrengleisrelais,zwei aktive
Betriebszustände zur Anzeige des Frei- und des Besetztzustandes aufweist und die
ohne Verwendung einer Elektronenröhre signaltechnisch sicher arbeitet.
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Eine Einrichtung der oben genannten Art, die die Aufgabe der Erfindung
löst, ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Der Aufbau der
Phasendiskriminatorschaltung aus einfachen logischen Schaltgliedern mit vorgeschalteten
Einweg-Gleichrichtern ermöglicht ihren signaltechnisch sicheren Aufbau ohne großen
Uberwachungsaufwand.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 beschrieben.
Die Phasendiskriminatorschaltung zeichnet sich dort durch eine dynamische Betriebsweise
aus, welche Bauelementausfälle-erkennen läßt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Addierschaltung
und ist in Anspruch 3 beschrieben, während die Ansprüche 4 und 5 Möglichkeiten zur
Gewinnung der gegeneinander phasenverschobenen Vergleichsspannungen angeben.
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Die Ansprüche 6 und 7 schließlich betreffen Weiterbildungen der Erfindung,
welche die erfindungsgemäße Einrichtung unempfindlicher gegenüber Phasenverschiebungen
zwischen Gleisspannung und Vergleichsspannung machen.
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Anhand mehrerer Figuren sollen nun Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Einrichtung eingehend beschrieben und ihre Funktion erklärt werden.
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Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung
Figuren 2a und b zeigen Verläufe der aus der Gleisspannung gewonnenen Teilspannung
UG, der Gegenspannung UGG und der Summenspannung UM im Frei- und Besetztzustand
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung Figur 4
zeigt Spannungsverläufe der Summenspannung und der Vergleichsspannungen bei Vergleichsspannungsabsenkung.
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In Figur 1 ist ein Gleisabschnitt GA dargestellt an dessen einer Seite
an einem Einspeisepunkt E mittels eines Senders S eine Wechselspannung eingespeist
wird. Auf der anderen Seite des Gleisabschnitts befindet sich ein Ausspeisepunkt
A , an dem die am Einspeisepunkt E eingegebene Wechselspannung abgegriffen und ausgewertet
wird.
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Befindet sich ein Fahrzeug im Gleisabschnitt so schliessen die Achsen
des Fahrzeuges die beiden Schienen des
Gleises kurz und die am Ausspeisepunkt
abgegriffene Spannung, die Gleisspannung, bricht bis auf einen Bruchteil ihres ursprünglichen
Wertes zusammen. Der Freizustand des Gleisabschnittes ist damit durch eine hohe
Spannung, der Besetztzustand durch eine niedrige Spannung am Ausspeisepunkt A gekennzeichnet.
Um aus der am Ausspeisepunkt A anstehenden Gleisspannung signaltechnisch sicher
eine Gleisfreimeldung oder eine Gleisbesetzungsmeldung zu gewinnen, ist diese Gleisspannung
einer Auswerteeinrichtung zugeführt, welche aus einer Addierschaltung AD, einer
nachgeschalteten Phasendiskriminatorschaltung PD und zwei Schaltstufen ST1, ST2
besteht. Die Addierschaltung enthält zwei voneinander unabhängige Transformatoren
TR1, TR2. Der Primärwicklung des Transformators TR1 ist die am Ausspeisepunkt A
abgegriffene Gleisspannung zugeführt.
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Die Primärwickluns des Transformators TR2 wird mit einer dem Sender
S entnommenen, zur eingespeisten Spannung phasengleichen Referenzspannung beaufschlagt.
Der Transformator TR1 besitzt eine Sekundärwicklung W1, der Transformator TR2 besitzt
zwei Sekundärwicklungen W2, W3. Die Sekundärwicklung W1 des Transformators TR1 und
die Sekundärwicklung W2 des Transformators TR2 sind derart miteinander in Reihe
geschaltet, daß die in ihnen induzierten Spannungen gegenphasig zueinander sind
und sich teilweise aufheben. Dabei sind die Sekundärwicklungen so bemessen, daß
bei freiem Gleisabschnitt die in der Wicklung W1 induzierte, bei besetztem Gleisabschnitt
die in der Wicklung W2 induzierte Spannung überwiegt. Die aus den beiden Sekundärspannungen
zusammengesetzte Summenspannung erfährt somit dann eine Phasenverschiebung um 1800
wenn der Gleisabschnitt besetzt wird. Die Sekundärwicklung W3 des Transformators
TR2 dient zur Gewinnung einer Vergleichsspannung, deren Phase sich bei Besetzung
des
Gleisabschnittes nicht verändert. Der der Addierschaltung nachgeschaltete
Phasendiskriminator besteht aus zwei Einweggleichrichtern D1, D2, deren Ausgänge
auf Eingänge einer Aquivalenzschaltung AE und einer Antivalenzschaltung EO geführt
sind. Die Phasendiskriminatorschaltung vergleicht damit die zeitliche Lage der positiven
Halbwellen der von der Addierschaltung gelieferten Summenspannung mit der der positiven
Halbwellen der Vergleichsspannung. Treffen beide Halbwellen gleichzeitig ein, so
spricht die Aquivalenzschaltung an, treffen beide Halbwellen 180° phasenverschoben
ein, so spricht die Antivalenzschaltung an. Über den Ausgang der Aquivalenzschaltung
wird die Schaltstufe ST1 angesteuert, die eine Gleisfreimeldung abgibt, über den
Ausgang der Antivalenzschaltung wird die Schaltstufe ST2 angesteuert, die eine Gleisbesetzungsmeldung
ausgibt. Soll die Gleisfreimeldung über die Antivalenzschaltung und die Gleisbesetzungsmeldung
über die Aquivalenzschaltung und die jeweils nachgeschalteten Schaltstufen ausgegeben
werden, so ist dies durch Umpolen der Vergleichsspannung Uv zu erreichen.
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Figur 2a zeigt den Verlauf der in der Wicklung W1 induzierten Spannung
UG, der in der Wicklung W2 induzierten Spannung UGG sowie der Summenspannung UM
über eine Periode bei freiem Gleisabschnitt. Figur 2b zeigt dieselben Spannungsverläufe
bei besetztem Gleisabschnitt. Aus einem Vergleich der in den Figuren 2a und 2b dargestellten
Spannungsverläufe wird deutlich, daß die Summenspannung UM bei Besetzung des Gleisabschnittes
ihre Phasenlage wechselt.
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In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung
dargestellt. Den Primärwicklungen zweier Transformatoren TR1, TR2 werden die am
Ausspeisepunkt A des Gleisabschnittes gewonnene Gleisspannung U-A und eine Referenzspannung
UR primärseitig zugeführt.
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Eine Sekundärwicklung W1 des Transformators TR1 ist mit einer Sekundärwicklung
W2 des Transformators TR2 so in Reihe geschaltet, daß die in den beiden Wicklungen
induzierten Spannungen bei Phasengleichheit der Primärspannungen UA und UR gegeneinander
um 1800 phasenverschoben sind. Die aus der Reihenschaltung der Wicklungen W1 und
W2 gewonnene Summenspannung UM wird über eine Diode D3 gleichgerichtet. Die pulsierende
Gleichspannung Us am Ausgang der Diode D3 besteht aus den positiven Halbwellen der
Summenspannung UM. Zwei weitere Sekundärwicklungen W3 und W4 des Transformators
TR2 liefern Spannungen, von denen eine mit der Referenzspannung UR gleichphasig,
die andere gegenphasig ist. Ein gemeinsamer Anschluß der Wicklungen W3 und W4 ist
über eine Gleichspannungsquelle UB an Nullpotential gelegt. Die in den Wicklungen
W3 und W4 induzierten Spannungen werden über die Dioden D1 und D2 gleichgerichtet,
ihre positiven Halbwellen bilden pulsierende Gleichspannungen UV1 und UV2.
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Die Auswertung der Summenspannung UM erfolgt über zwei gleiche Transistorschaltungen,
die jeweils aus zwei Transistoren T1, T3 bzw. T2, T4 bestehen, deren Emitteranschlüsse
auf Nullpotential liegen. Der Basisanschluß des jeweils nachgeschalteten Transistors
T3 oder T4 ist über einen Widerstand R5, R6 mit dem Kollektoranschluß
des
vorgeschalteten Transistors T1, T2 verbunden. Die Basisanschlüsse der vorgeschalteten
Transistoren werden über Eingangswiderstände R9, RIO mit einer von einem Taktgeber
TG erzeugten Rechteckspannung beaufschlagt, deren Frequenz wesentlich höher liegt,
als die Frequenz der Gleisspannung. Den Kollektoranschlüssen der vorgeschalteten
Transistoren T1, T2 bei der Transistorschaltungen werden über Arbeitswiderstände
R1, R2 die positiven Halbwellen der Summenspannung UM zugeführt. Die Kollektoranschlüsse
der nachgeschalteten Transistoren werden über Arbeitswiderstände R3 und R4 mit den
um 1800 gegeneinander phasenverschobenen pulsierenden Gleichspannungen UV1 und Uv2
beaufschlagt. Die Kollektoren der nachgeschalteten Transistoren T3 und T4 sind über
RC-Glieder R7, C1 und R8, C2 mit den Basisanschlüssen zweier Ausgangstransistoren
T5 und T6 verbunden, in deren Kollektorleitungen die Primärwicklungen zweier Ausgangstransformatoren
TR3 und TR4 liegen. Die in Sekundärwicklungen der Ausgangstransformatoren induzierten
Spannungen werden über Dioden D4, D5 gleichgerichtet und bilden die Betriebsspannungen
für den Gleisfreizustand oder den Gleisbesetztzustand anzeigende Relais GF und GB.
Kondensatoren C3 und-C4 diesen der Glättung der Betriebsspannungen.
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Dioden D6 und D7 parallel zu den Basis-Emitter-Strecken der Transistoren
T5 und T6 filtern negative Spannungsimpulse ab.
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Die beiden Transistorschaltungen sind für die Taktgeberfrequenz nur
dann durchlässig, wenn an den Kollektoranschlüssen jeweils beider Transistoren (npn-Transistoren)
positive
Spannung anliegt. In diesem Falle erscheint am Kollektor des jeweiligen nachgeschalteten
Transistors eine Rechteckspannung mit der Taktgeberfrequenz, die zu einer Folge
von Steuerimpulsen an der Basis des zugehörigen Ausgangstransistors und damit zu
einem Wechselstrom über den zugehörigen Ausgangstransformator führt.
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Da bei freiem Gleisabschnitt die Spannung UG die Gegenspannung UGG
überwiegt, ist die Spannung3 US phasengleich mit der Spannung UV . Es ist demnach
die Transis-torschaltung mit den Transistoren T1 und T3 für die Taktaeberfrequenz
durchlässig. Der Transistor T5 erhält Steuerimpulse und das den Gleisfreizustand
anzeigende Relais GF zieht an. Die Transitorschaltung mit den Transistoren T2 und
T4 läßt die Taktgeberfrequenz nicht durch, da infolge der Phasenverschiebung der
Spannung Us zur Spannung UV1 immer nur einer der Transistoren Betriebsspannung bekommt.
Bei besetztem Gleisabschnitt nimmt die Spannung UG, die ja von der Gleisspannung
UA abhängt, durch den Achskurzschluß auf einen sehr niedrigen Wert ab. Damit überwiegt
in der Spannung U5 die Gegenspannung UGG und die Spannung US wird phasengleich mit
der Spannung UV1.
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Damit wird die Transistorschaltung mit den Transistoren T2 und T4
für die Taktgeberfrequenz durchlässig und der Ausgangstransistor T6 wird angesteuert.
Damit zieht das die Besetzung des Gleisabschnittes anzeigende Relais GB an. Das
GLeisfreimelderelais GF bleibt unerregt.
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Die von der Gleichspannungsquelle UB gelieferte negative Vorspannung
für die Spannungen UV1 und UV2 bewirkt deren Absenkung gegenüber Nullpotential.
Damit sind die Vergleichsspannungen gegenüber Nullpotential nicht mehr symmetrisch
und die positiven Halbwellen zeitlich verkürzt. Dies wirkt sich vorteilhaft auf
die Toleranz der Einrichtung gegenüber unerwünschten Phasenverschiebungen zwischen
der Senderspannung und der Ausspeisespannung aus.
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Aus Figur 4 ist ersichtlich, daß durch die Verkürzung der positiven
Halbwellen der pulsierenden Gleichspannungen UV1, UV2 auf eine Länge UP infolge
der Absenkung um den Betrag der Spannung UB ein Toleranzbereich A T entsteht, innerhalb
dessen eine Phasenverschiebung der Ausspeisespannung und damit der Summenspannung
UM gegenüber der Einspeisespannung, die sonst infolge einer teilweisen überlappung
der gegenphasigen positiven Halbwellen (Spannung Us) der Summenspannung UM und der
pulsierenden Gleichspannungen zu einer zumindest kurzzeitigen, gleichzeitigen Betätigung
beider Relais und damit zu einer Störungsmeldung führen würde, unschädlich ist.
Der Bereich, in dem eine Ansteuerung eines Relais erfolgt, wird durch die Absenkung
der pulsierenden Gleichspannungen verkürzt. Dieser Nachteil kann aber durch eine
entsprechend große Dimensiunierung der Kondensatoren C3 und C4 ausgeglichen werden.
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Die Transistorschaltungen arbeiten dynamisch, das heißt, ein versagen
des Taktgenerators TG wie auch ein Ausfall irgend eines anderen Bauelementes würde
sich dadurch bemerkbar machen, daß der anzusteuernde Ausgangstransistor einen statischen
Zustand, gesperrt oder niederohmig, annehmen würde. Damit würde aber keine Spannung
in der Sekundärwicklung des zugehörigen Ausgangstransformators mehr induziert und
das zugehörige Relais würde abfallen.
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Die in Figur 3 dargestellte Einrichtung kann somit als signaltechnisch
sicher bezeichnet werden.
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