DE3708788A1 - Frequenzmodulierter gleisstromkreis - Google Patents
Frequenzmodulierter gleisstromkreisInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gleisstromkreis gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektronisch gesteuerte Antriebe von Schienenfahrzeugen,
insbesondere Chopper- und Phasenanschnittsteuerungen,
erzeugen ein umfangreiches Oberwellenspektrum im
Triebstrom. Der durch die Schienen fließende
Triebrückstrom kann in diesen Fällen Gleisstromkreise
stören, im ungünstigsten Fall ist sogar die fälschliche
Freimeldung eines Gleisabschnittes denkbar. Die
Betriebssicherheit von Gleisstromkreisen läßt sich durch
den Einsatz codierter Gleisstromkreise erhöhen. Die
Gleisströme wechselstromgespeister Gleisstromkreise
können z. B. in der Amplitude, in der Phase oder der
Frequenz moduliert werden. Mit Hilfe der Modulation ist
eine Codierung vom Gleisstromkreissender zum
Gleisstromkreisempfänger übertragbar. Der
Gleisstromkreisempfänger überprüft dann zusätzlich zum
Gleisspannungspegel die Codierung und meldet nur bei
deren Richtigkeit den entsprechenden Gleisabschnitt frei.
Normalerweise können die elektronischen Antriebe der
Triebfahrzeuge diese Codierung nicht nachbilden, so daß
eine fälschliche Gleisfreimeldung ausgeschlossen ist.
Eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines
frequenzmodulierten, codierten Gleisstromkreises ist z. B.
aus der Zeitschrift Signal und Draht 74 (1982), 7/8,
Seiten 151 bis 160 bekannt. Bei dieser Schaltung wird im
Gleisstromkreissender ein bestimmtes Bitmuster erzeugt,
welches als frequenzmoduliertes Signal dem zu
überwachenden Schienenabschnitt zugeführt wird. Dazu gibt
der Sender bei Vorliegen eines Bits mit dem logischen
Zustand 1 oder 0 eine obere bzw. untere Eckfrequenz ab.
Der Gleisstromkreisempfänger demoduliert die
Gleisspannung und vergleicht das Bitmuster mit einem
gespeicherten Soll-Bitmuster. Bei Übereinstimmung mit dem
den gesendeten Bitmuster entsprechenden Soll-Bitmuster
erfolgt eine Gleisfreimeldung. Ist der Pegel des
empfangenen Signals zu niedrig oder stimmen die Bitmuster
nicht überein, so bleibt der Gleisabschnitt besetzt
gemeldet. Nachteilig an der bekannten Schaltungsanordnung
ist, daß die Realisierung des Gleisstromkreisempfängers
wegen der erforderlichen, signaltechnisch sicheren
Überprüfung der Bitmuster aufwendig ist. Im Empfänger muß
ein Bandpaßfilter verwendet werden, dessen Bandbreite
größer als der Frequenzhub der Gleisspannung ist und das,
um eine störende Amplitudenmodulation am Ausgang des
Filters zu vermeiden, innerhalb seiner Bandbreite einen
annähernd linearen Frequenzgang aufweist.
Die relativ große Filterbandbreite bedingt eine gewisse
Störanfälligkeit des Gleisstromkreises. Auch wenn die
Störungen aufgrund der Codeprüfung keine fälschliche
Freimeldung mehr verursachen, können sie doch die
Verfügbarkeit des Gleisstromkreises herabsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
frequenzmodulierten Gleisstromkreis zu schaffen, der
störsicher arbeitet und dabei wesentlich einfacher
aufgebaut ist als der obengenannte bekannte
Gleisstromkreis.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung zeichnet sich
dadurch aus, daß als Gleisstromkreisempfänger einfache
bekannte und bewährte Einrichtungen, wie z. B. das
Röhrengleisrelais (s. z. B. DE-PS 10 98 982, insbesondere
Fig. 1) benutzt werden können, die lediglich durch das
eingangsseitige Bandpaßfilter ergänzt werden müssen. Als
Gleisstromkreissender findet ein in der Frequenz
modulierbarer Signalgenerator Verwendung, der von einem
Codegenerator gesteuert wird. Die Nachführung der
Mittenfrequenz des Bandpaßfilters gestattet die
Verwendung eines extrem schmalbandigen Bandpaßfilters,
wodurch die gesamte Anordnung kaum noch störbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach
der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung anhand der
Zeichnung beschrieben werden.
Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild einer
Schaltungsanordnung zur Gleisfreimeldung eines
zweischienig isolierten Gleisabschnittes 4 unter
Verwendung eines herkömmlichen Röhrengleisrelais 8. Der
Gleisstromkreissender 2 weist einen Modulationseingang ME
und einen Gleisspannungsausgang GA auf. An seinem
Modulationseingang ME ist ein Codegenerator 1 als
Modulator angeschlossen, während sein
Gleisspannungsausgang GA mit einer Einspeisestelle 3
eines Gleisabschnittes 4 verbunden ist. Das
Röhrengleisrelais 8 besitzt einen Netzspannungseingang NE
und einen Gleisspannungseingang GE sowie einen Ausgang GF
zur Gleisfreimeldung und einen Ausgang GB zur
Gleisbesetztmeldung. Die Signale der Ausgänge können z. B.
in einem Stellwerk zur Anzeige gebracht werden. Der
Netzspannungseingang NE des Röhrengleisrelais 8 erhält
seine Spannung vom Gleisspannungsausgang GA des
Gleisstromkreissenders 2 über eine Verbindung 9. Diese
Spannung muß zu diesem Zweck eine Höhe aufweisen, die zum
Betrieb des Röhrengleisrelais ausreicht. Die
Gleisspannung an einer Ausspeisestelle 5 des
Gleisabschnittes 4 gelangt über ein Tiefpaßfilter 6 zum
Signaleingang SE eines Kammfilters 7 und von dessen
Signalausgang SA zum Gleisspannungseingang GE des
Röhrengleisrelais 8. Das Kammfilter 7 weist zusätzlich
einen Referenzspannungseingang RE auf, der mit dem
Gleisspannungsausgang GA des Gleisstromkreissenders 2
verbunden ist.
Als Röhrengleisrelais 8 kann das bewährte, in Anlagen der
Deutschen Bundesbahn eingesetzte Röhrengleisrelais
verwendet werden. Dieses gibt eine Gleisfreimeldung an
seinem Ausgang GF ab, wenn die Spannung an seinem
Gleisspannungseingang einen vorgegebenen
Schwellwert überschreitet und in ihrer Phase nicht mehr
als 15° von der am Netzeingang anliegenden Spannung
abweicht. Liegt die Spannung am Gleisspannungseingang
unter dem Schwellwert, so erfolgt eine
Gleisbesetztmeldung am Ausgang GB. Wenn die beiden
Spannungen an den Eingängen NE und GE eine
Phasendifferenz von mehr als 15° aufweisen,
Störspannungen auf den Eingang GE gelangen oder das
Röhrengleisrelais 8 einen internen Defekt aufweist,
erfolgt entweder die gleichzeitige Ausgabe einer
Frei- und einer Besetztmeldung oder es wird keiner der
Ausgänge aktiviert. Die zuletzt genannten beiden Zustände
sind als Störung zu interpretieren. Als Kammfilter 7 läßt
sich eine Schaltung, wie sie z. B. in der Zeitschrift
Electronics, 22. November 1973, Seiten 118 bis 119,
beschrieben ist, oder aber jedes andere getaktete Filter
verwenden. Eine solche Schaltung benötigt eine externe
Referenzfrequenz, die der gewünschten Mittenfrequenz f 0
des Filters entspricht. Kammfilter weisen einen
kammförmigen Frequenzgang auf, wobei sich jeweils bei
ganzzahligen Vielfachen der Mittenfrequenz f 0 Maxima
befinden, ihr Frequenzgang sich also periodisch
fortsetzt. Je nach Ausführung des Kammfilters muß die
Referenzfrequenz zuvor noch vervielfacht werden.
Die Verwendung der Senderausgangsspannung oder einer in
der Höhe veränderten, mit ihr frequenz- und
phasengleichen Spannung zum Betrieb des Röhrengleisrelais
und als Referenz für das regelbare Kammfilter ermöglicht,
den Empfänger sehr schmalbandig auszulegen, denn durch
die gemeinsame Modulation der Sender-Mittenfrequenz und
der Referenzfrequenz des Kammfilters entfällt die
Notwendigkeit, ein Frequenzband zu empfangen, das breiter
ist als der Frequenzhub.
Ein sehr schmalbandiger Empfänger, wie er durch
Vorschalten eines Kammfilters verwirklicht werden kann,
ist praktisch nicht mehr störbar. Die
Filter-Einschwingzeit, die bei schmalbandigen Filtern
bekanntlicht groß ist, verhindert ein Ansprechen auf
höherfrequente Störungen. Im übrigen macht sie sich kaum
störend bemerkbar, da das Kammfilter ja nicht getaktet,
sondern lediglich in seiner Frequenz entsprechend dem
Modulationssignal verändert wird. Lediglich bei
Amplitudenänderungen der Filtereingangsspannung, wie sie
bei Besetzung oder Freifahren des Gleisabschnittes
auftreten, kann die große Einschwingzeit verzögernd in
Erscheinung treten. Es ist jedoch bei einer erlaubten
Verzögerung von 0,5 s bei Besetzung oder Freifahren des
Gleisabschnittes noch möglich, die Bandbreite des
Kammfilters auf 1 Hz einzustellen. Störungen, die durch
ganzzahlige Vielfache der Filter-Mittenfrequenz auch hier
noch verursacht werden könnten, werden durch das dem
Kammfilter vorgeschaltete Tiefpaß- oder Bandpaßfilter 6,
das eine obere Grenzfrequenz vom 1,5fachen der
Kammfilter-Mittenfrequenz aufweist und alle höheren
Vielfachen der Kammfilter-Mittenfrequenz blockiert,
ausgeschaltet. Ein zusätzlicher Gewinn an Störsicherheit
kann noch dadurch erzielt werden, daß die
Gleisstromkreisfrequenz nicht unabhängig vom
Triebstromkreis erzeugt wird, sondern zur
Triebstromfrequenz in einem festen, nicht ganzzahligen
Verhältnis steht. Zufällige Übereinstimmung zwischen
Gleisstromkreisfrequenz und Oberschwingungen der
Triebstromfrequenz wird dadurch vermieden.
Claims (6)
1. Frequenzmodulierter Gleisstromkreis mit einem von
einem Modulator gesteuerten Gleisstromkreissender, der an
einer Einspeisestelle Gleisstrom in die Schienen eines
Gleisabschnitts einspeist, und einem
Gleisstromkreisempfänger, der eine an einer
Ausspeisestelle des Gleisabschnitts anstehende
Gleisspannung auswertet und nur dann eine
Gleisfreimeldung abgibt, wenn die Amplitude der
frequenzmodulierten Gleisspannung einen vorgegebenen
Schwellwert überschreitet,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Gleisstromkreisempfänger (8) eingangsseitig ein
regelbares Bandpaßfilter (7) enthält, dessen
Mittenfrequenz der Frequenz der Ausgangsspannung des
Gleisstromkreissenders (2) nachgeführt wird und daß dem
Bandpaßfilter hierzu ein der Ausgangsspannung des
Gleisstromkreissenders entsprechendes oder ein aus dessen
Ausgangsspannung abgeleitetes mit dieser frequenz- und
phasengleiches Referenzsignal über eine besondere
Verbindung (9) zugeführt wird.
2. Frequenzmodulierter Gleisstromkreis nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite des
Bandpaßfilters (7) kleiner als der Frequenzhub des
Gleisstromkreissenders (2) ist.
3. Frequenzmodulierter Gleisstromkreis nach einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als
Bandpaßfilter (7) ein Kammfilter verwendet wird, dessen
Referenzfrequenz mit der Frequenz der Ausgangsspannung
des Gleisstromkreissenders (2) identisch ist.
4. Frequenzmodulierter Gleisstromkreis nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Bandpaßfilter (7) ein
Tiefpaßfilter (6) oder ein Bandpaßfilter mit einer
Bandbreite größer als der Frequenzhub des
Gleisstromkreissenders (2) vorgeschaltet ist.
5. Frequenzmodulierter Gleisstromkreis nach einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als
Gleisstromkreisempfänger (8) ein Röhrengleisrelais mit
vorgeschaltetem Bandpaßfilter verwendet wird.
6. Frequenzmodulierter Gleisstromkreis nach einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gleisstromkreisfrequenz aus der Triebstromfrequenz durch
Vervielfältigung mit einem nicht ganzzahligen Faktor
gewonnen wird.
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