DE376949C - Elektrische Zugdeckungsanlage - Google Patents
Elektrische ZugdeckungsanlageInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
Die Erfindung" betrifft eine elektrische Zugdeckungsanlage.
Erfindungsgemäß wird das Zugsignal bei einer solchen Anlage .dadurch
überwacht und ausgelöst, daß Wellenenergie von der Signalstelle durch Sendestromkreise
längs der Schienenstrecke ausgesandt und diese ausgehende Energie veranlaßt wird, je
nach den Verhältnissen auf der Strecke eine Rückkehr oder keine Rückkehr von Energie
ίο nach der Signalstelle zwecks Auslösung oder Überwachung1 des Signals auszuführen. Es
sind demnach erfindungsgemäß zwei verschiedene
und getrennte Energieübertragungen, nämlich eine ausgehende und eine zurückkehrende
Welle, vorhanden, von denen die letztere an der Signalstelle von der ersteren geschieden wird, und dadurch wird diie Auslösung
und Überwachung des Signals bewirkt. Die Erfindung unterscheidet sich dadurch wesentlich
von den bekannten mit elektrischen Wellen arbeitenden Zugdeekungsanlagen, bei
denen ein elektrischer Schwingungserzeuger auf dem Fahrzeug angeordnet ist und auf der
Schienenstrecke in Abständen Einrichtungen vorgesehen sind, welche die ausgesandte elektrische
Wellenenergie absorbieren und so die Zeichengebung auf dem Fahrzeug veranlassen.
Bei diesen Zugdeckungsanlagen findet zwar auch ein Aussenden von elektrischer Schwingungsenergie von der Stelle der Signalgebung
längs der Schienenstreeke statt, aber es wird nicht das Prinzip der Erfindung angewendet,
ausgehende und zurückkehrende Energieströme zu benutzen und den ausgehenden Energiestrom \-on dem zurückkehrenden
Strom zu trennen, um durch dien letzteren unter Ausschluß des ersteren die Signalgeburag
zu bewirken.
Erfindungsgemäß werden, vorzugsweise die Schienen als Leiter sowohl für die ausgesendeten
wie für die zurückkehrenden Energiewellen l>enutzt und geeignete Apparate zur
Unterscheidung der Wellen an der Signalstelle vorgesehen. Wenn das Signal auf dem
Lokomotivführerstand gegeben werden soll, wird die Wellenenergie den Schienen durch
eine auf der Lokomotive untergebrachte Energiequelle aufgedrückt, so daß die kostspielige,
auf der Strecke anzuordnende Apparatur auf ein Mindestmaß verringert wird. · Die zurückkehrende Energie kann in irgend- !
einer Weise hervorgerufen werden. Nach der ' Erfindung wird hierfür vor allem das Prinzip
der Reflexion elektrischer Energiewellen be- [ nutzt, was den wichtigen Vorteil bietet, daß
keinerlei Apparatur auf der Schienenetrecke oder auf dem Weg zur Erzeugung der zurückkehrenden
Energie benötigt wird.
Wenn elektrische Wellenenergie einem unendlich langen Übertragungskreis oder Leiter
aufgedrückt wird, dessen elektrische Konstanten, nämlich Induktanz, Widerstand und
Kapazität für die Längeneinheit des Leiters, über den ganzen Leiter oder Kreis hin gleich
oder gleichförmig sind, so strömen die aufgedrückten Energiewellen gleichmäßig den
' Leiter entlang und werden dabei infolge der schwächenden Wirkung dies Kreises in der
Amplitude kleiner und kleiner. Wenn dagegen die Länge des Leiters oder Kreises end-Hch
begrenzt ist, werden die Wellen, beim Eintreffen auf dem entfernten Leiterende auf
j eine Unregelmäßigkeit stoßen, solange nicht ! Apparate mit identischen elektrischen Größen
mit dem. Leiterende verbunden, sind und diese Unregelmäßigkeit bewirkt, daß ein Teil der
Stromwellen zum aussendenden Leiterende zurückgeworfen wird. Diese Erscheinung ist
j der Reflexion von Licht- und Tonwellen beim Übergang von einem zu einem anderen
! Medium ähnlich. Ein Echo z. B. wird bervor- '. gerufen, wenn Tonwellen, die in einem Medium
' wie Luft sich fortpflanzen, auf ein anderes ', Medium von verschiedenen akustischen Eigen-
; schäften, wie z. B. eine Wand, auftreffen. Ein
: Teil der Tonwellen tritt in die Wand ein und
, wird davon absorbiert, während der Rest in die Luft zurückgeworfen wird Das Ver-.
j hältnis zwischen den absorbierten und reflek- ; tierten Teilen hängt von diem Unterschied der
Tonübertragungseigenschaften der beiden Medien ab oder, mit anderen Worten, von dem Grad der den Tonwellen begegnenden
Unregelmäßigkeit. Bei Wellen in einem elektrischen Übertragungskreis oder Leiter liegen
: lie Verhältnisse ebenso. Am Leiterende findet
eine Reflexion der StromweHen statt, solange j die an dieses Leiterende angeschlossenen
; Apparate nicht die gleichen Impedanzeigenschaften haben, und das Ausmaß der Reflexion
ist von dem Grad der den Wellen sich entgegenstellenden. Unregelmäßigkeit abhängig.
Die zurückgeworfenen Wellen kehren zum • aussendenden Ende des Stromkreises zurück,
! wo sie durch geeignete Apparate aufgenommen
und angezeigt werden können. Falls der Stromkreis, elektrisch gesprochen, sehr lang
ist, werden die reflektierten, Wellen infolge des
v?
abschwächenden Einflusses der Leitung so ; stark gedämpft, 'daß sie praktisch vernach- i
lässigt werden können, gerade wie ein Echo ' nicht gehört wird, wenn die reflektierend« :
Wand zu weit entfernt ist. Wird der Strom- | kreis mehr und mehr verkürzt, dann wird! die
reflektierte Welle, welche zum aussendenden Leitungsende zurückkehrt, an Intensität stärker
und stärker, ähnlich wie ein Echo um so
to lauter wird, je näher die reflektierte Wand ist.
Wie erwähnt, können die Schienen selbst
die Leiter des übertragenden Stromkreises bilden, längs dessen elektrische Wellen durch
eine passende Stromquelle ausgesendet wer- j
den. Wenn die Wellen auf eine Unregelmäßigkeit in dieser Schienenleitung, treffen,
z. B. auf einen offenen Strombreis, wie er durch eine unterbrochene Schiene hervorgerufen
wird, oder auf einen Kurzschluß, wie er durch die Räder und! Achsen eines Zuges
gebildet wird, werden sie nach dem Ausgangsende reflektiert, wo ein geeigneter Apparat angeordnet
ist, um sie kenntlich zu machen. Ist die Unregelmäßigkeit weit entfernt, so sind
die reflektierten Wellen . sehr schwach und zeigen dadurch das Befahren der Strecke mit
höchster Geschwindigkeit als gefahrlos an, während sie bei Näherliegen der Unregelmäßigkeit
stärker sind und die Anwendung von Vorsicht als· notwendig kennzeichnen, um
schließlich bei ganz dicht beiliegender Unregelmäßigkeit die Intensität zu erreichen,
welche das Befahren der Strecke als gefährlich
meldet.
Wie ersichtlich, ist die Erfindung durch die Anwendung zweier verschiedener Energieströmungen
gekennzeichnet, nämlioh einer ausgehenden Strömung, die unabhängig von den
Betriebsbedingungen der Strecke vor dem Zuge vorhanden ist, und einer rückkehrend'en
Strömung, welche nur unter bestimmten Be- j triebsverhältnissen der Strecke, z. B. bei'einem j
Kurzschluß, durch einen davor befindlichen Zug oder bei einer unterbrochenen Schiene ;
zustande kommt und durch .geeignete Apparate ! von der ausgehenden Strömung· abgetrennt |
und zur Auslösung der Signalzeichen benutzt j wird. Die Erfindung unterscheidet sich durch ;
dieses Merkmal grundsätzlich auch! von den- ; jenigen Zugsignalanlagen, bei denen ein auf
dem Zug erzeugter Gleich- oder Wechselstrom durch einen längs der Schienen sich erstreckenden
gewöhnlichen Stromkreis geschickt wird1, der durch Schließen und Unterbrechen
mittels eines Schalters oder durch die j Gegenwart eines zweiten Ziiges auf der
Strecke gesteuert wird.
Selbst wenn man eine solche bekannte Zugsignalanlage von dem künstlich angenommenen
Gesichtspunkt aus betrachtet, daß das Vorhandensein oder das Niehtvorhandensein des
Stromes, entsprechend z. B. der Offen- oder Schlußstellung eines Schalters, durch Reflexion
am Schalter veranlaßt ist,, kommt man zur Feststellung, daß die Reflexion für beide
Schalterstellungen vorhanden ist, indem ein kurzgeschlossener Stromkreis ebenso eine Unregelmäßigkeit
darstellt wie ein offener. Stromkreis. Dies ist ohne weiteres auf Grund der eingangs gegebenen Erläuterung der Erfindung
verständlich., in der dargelegt worden ist, daß sowohl ein Kurzschluß an den Schienen
wie auch eine Unterbrechung in den ■ Schienen reflektierte Wellen zustande kommen
läßt. Infolgedessen ist, da Reflexion für beide Schalter Stellungen, der öffnung sowohl wie
der Schließung des Schalters, auftritt, bei den Stromkreisen der bisher vorgeschlagenen
Signalanlagen keine Bedingung verwirklicht, welche der nach der Erfindung bei Streckenfreiheit
zu erfüllenden Bedingung entspricht, indem keinerlei Vorsorge getroffen ist, die
Rückströmung von Energie zum Signal für den einen Teil der Zeichengebung, z. B. bei
Freisein der Schienenstrecke zu verhindern. Die sämtlichen bisher vorgeschlagenen Zugsignaleinrichtungen
kennen die Anwendung einer reflektierten Welle überhaupt nicht und sehen daher auch keinerlei Maßnahme zur
Trennung von reflektierten und von ausgehenden Energiewellen vor. Noch weniger benutzen
sie die rückkehrende Welle unter Scheidung von der ausgehenden Welle zur Auslösung
des Signals.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß verhältnismäßig hohe Frequenzen
benutzt werden, um durch die große Dämpfungswirkung den Bereich oder Abstand
zu begrenzen, für welchen die Signaleinrichtung anspricht. Bei Anwendung einer hohen
Frequenz ist die Signaleinrichtung für Züge, die so weit entfernt sind, daß sie keine Gefahr
bilden, unwirksam, und der Zugführer wird durch die Beobachtung solcher Züge nicht belästigt. Die genaue, in Betracht
kommende Frequenz wird1 durch die Konstanten des verwendeten Stromkreises und die
Entfernung bestimmt, innerhalb welcher eine Signalgebung stattfinden soll. Sie ergibt sich
für den einzelnen Fall durch Berechnung der Reflexionswirkung oder durch Messung des
durch die Schienen oder durch sonstige Mittel gebildeten Übertragungsstromkreises und
durch Verbindung dieser Ergebnisse mit den charakteristischen Kennzeichen des am Endpunkt
des Kreises vorzusehendem Apparates. Erfindungsgemäß sollen vorzugsweise Frequenzen
in dem bei der drahtlosen Telegraphic üblichen Bereich verwendet werden, die
Neuerung ist aber natürlich in bezug auf die Frequenz nicht beschränkt.
Die Zeichnung veranschaulicht die Zug-
deckungsanlage nach der Erfindung .schematisch in verschiedenen Ausführungsforrnen
und Einzelheiten.
Die Abb. ι zeigt eine ganze Zugdeckungsanlage nach der Erfindung in. einem Ausführungsbeispiel.
Die Abb. 2 läßt die Art und, Weise erkennen, wie die Wechselstrom-Ε. M. K. dem Schienenstromkreis
aufgedrückt wird, und bezieht sich ίο auf die »Eintrittse-Impedanz-Charakteristik
des Schienenstromkreises.
Die Abb. 3, 4 und 5 geben einzelne Mittel zur Herstellung einer Verbindung zwischen
dem Schienenstromkreis und rl em Signalapparat wieder.
Die Abb. 6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Schaltung der Apparateöder
Signalstromkreise.
Die Abb. 7 veranschaulicht die Anordnung eines Alarm- und Überwachungsstromkreises.
Die Abb. 8 läßt eine Schaltung des Apparate- oder Lokalstromkreises erkennen, die eine
weitere Ausbildung des allgemeinen Schaltungsschemas darstellt.
Die Abb. 9 zeigt eine Schaltung, die eine Anzeige des Zustandes der Schienenimpedanz
nach einem von den bisherigen Abbildungen abweichenden Verfahren gestattet.
Die Abb. 10 läßt die Art und Weise er- ,
kennen, in welcher der Signalübertragungs- ' Stromkreis dem Energielieferungskreis einer
elektrischen Eisenbahnanlage überlagert werden kann.
In Abb. ι bezeichnet A1 die Signalstelle,
welche das aussendende Ende des Schienenstromkreises darstellt. Der Apparat dieser
Stelle kann auf der Lokomotive eines Zuges angeordnet sein, wie in Abb. 1 gestrichelt angedeutet
ist. T sind die beiden Schienen der Geleisestrecke, welche die zwei Leiter des
elektrischen Stromkreises bilden. A.. ist der
»Vor«-Zug, der sich auf der Strecke vor idem '
Zug A1 befindet. Auf der Signalstel'le A1 wird
Wechselstrom hoher Frequenz mittels der Spule C dem Stromkreis aufgedrückt, der
durch die Schienen T und den über die Räder : und die Achse der Lokomotive verlaufenden j
Stromweg a.r, gegel>en ist. B ist eine Wheat- :
stonesche Brücke, die zur Herbeiführung eines Ausgleiches zwischen dem aufnehmenden
Teil R und dem Stromerzeuger G dient und die im bestimmten Verhältnis zueinander
stehenden Zweige a, b, den die Verzweigung
mit unbestimmter Impedanz darstellenden Zweig.r und den dem Widerstandszweig der
gewöhnlichen Wheatstoneschen Brücke entsprechenden Zweig y enthält. Der Stromerzeuger
G kann irgendeine bekannte Hoch- j frequenzwechselstromquelle, wie z. B. ein !
Wechselstromgenerator, ein Poulsenscher Lichtbogensjenerator oder ein Vakuumröhren- :
: schwingungserzeuger sein. Der aufnehmende
Teil R kann irgendein durch Wechselstrommittel- oder unmittelbar beeinflußbares Instrument,
wie z. B. ein Hitzdrahtgerät oder ein Dynamometer für Wechselstrom oder ein unmittelbar stromanzeigendes Instrument mit
Thermoelement oder Gleichrichter sein. Der Schienenstromkreis ist durch die Spule C mit
dem Zweig .r der Brücke gekoppelt. In den Zweige ist ein Schaltelement Λ" gelegt, das so
eingestellt ist, daß es bei der Frequenz des Generators G in bezug auf die Impedanz der
Spule C einschließlich des induktiv damit gekoppelten Schienenstromkreises T gleich ist.
In die Zweige χ und: y können noch ausgeglichene
Kondensatoren C1 und C2 eingeschaltet
sein, welche diese Zweige auf die angewendete Frequenz abstimmen, d. h. der
positiven Reaktanz entgegenwirken und dadurch die Empfindlichkeit der Brückenschaltung
erhöhen. Die Zweige χ und ν erhalten dadurch gleiche Impedanz und- gleichen den
Brückenstromkreis aus.
Die Einrichtung nach Abb. 1 arbeitet im Betriebe wie folgt: Die durch den Generator G
erzeugten Wechselströme gehen gleichmäßig durch die Brückenzweige a-x und b-v, verursachen
keinen Spannungsunterschied an den Anschlußpunkten, des Instrumentes R und beeinflussen
dieses daher nicht. Ein Teil des Stromes in der Spule C wird in dem Schienenstromkreis
T induziert. Angenommen, die Brückenschaltung ist bei Freisein der Strecke
in ausgeglichenem Zustande, so wird das Instrument R für diesen Fall durch den Generator
G nicht beeinflußt und zeigt: dadurch das Freisein der vor dem Zug A1 liegenden
Schienenstrecke an. Der in dem Schienen-Stromkreis T induzierte Strom dringt nach der
StelleA.,, d.h. dem auf der Strecke vor dem Zug A1 befindlichen Zug vor und wird durch
die Kurzschlußwirkung· einer oder mehrerer Achsen des Zuges A., nach dem Zug A1 reflektiert.
Die Anordnung ist so getroffen und bemessen, daß in dem Falle, wo die beiden
Züge sich in einer großen Entfernung, die praktisch dem Freisein der Strecke gleichkommt,
voneinander befinden, die Dämpfungswirkung des Schienenstromkreises so stark ist. no
daß die reflektierte Welle zu schwach ist, den Empfangsapparat auf dem 2.MgA1 zum Ansprechen
zu bringen. Wenn indessen der Abstand der Züge so kurz ist, daß Gefahr im Verzüge ist, kommt die reflektierte Welle auf 11s
!.lern Zuge A1 mit einer Amplitude an, die zur
Beeinflussung des Instrumentes 7? hinreicht. Der reflektierte Strom verläuft über die
Spule C, den Brückenzweig χ und von da zum
Empfangsinstrument R.
Dieser Vorgang läßt sich in anderer und mehr direkter Weise als eine Störung des
-Y
R + jwL G -j- j w C
Gleichsgewichts der Brückenschaltung B er- '■·
klären, welche den Genrator G veranlaßt, auf das Instrument R einzuwirken, wenn der
ZugA„ dem ZUg^1 näher kommt als einer
bestimmten Abstandgröße entspricht. Da die gegenseitige Entfernung der beiden sich einander
nähernden Züge noch weiter abnimmt, wird die Brückenungleichheit immer größer,
und der Ausschlag des Anzeigeinstrumentes ;
ίο nimmt ebenfalls in entsprechendem Maße zu. j
Wie Abb. ι erkennen läßt, ist das Anzeige- j instrument mit 'drei Marken O, D, S versehen, f
von denen die erste O das Freisein der
Strecke, die zweite D das Auftreten der Gefahr und die dritte .S1 das Anhalten des
Zuges anzeigt. Natürlich kann irgendeine Art der Signalgebung und jeder beliebige
Signalapparat verwendet werden.
Die Art und Weise wie der Strom von der Spule C dem Schienenstromkreis induziert
wird, soll an Hand der Abb. 2 näher erläutert werden. Die Spule C bildet in Verbindung j
mit der aus den: Schienen T und der kurzschließenden Achse Ox1 bestehenden Drei- j
viertelschleife einen Transformator, dessen , Primärwicklung die Spule C ist, während die ι
Sekundärwirkung durch diese Dreiviertel- ί schleife gegeben ist. Die E. M. K. wird dem !
Schienengeleise als einem Übertragungsstrom- j kreis durch diesen aus Spule und! Schiene gebildeten
Transformator aufgedrückt. Betrachtet man als Endpunkte die Stellen: auf dem Gleise, an denen die E. M. K. aufgedrückt
wind, so ist die charakteristische Impedanz Z0, gesehen längs des Gleises,
durch das Verhältnis E : T festgelegt, wobei / der in das Gleis an den Endpunkten eintretende
Wechselstrom ist.
Diese Impedanz Z0 wird nur durch die
linearen Konstanten des Stromkreises nach der Formel
bestimmt und ist die Impedanz, weiche am ,
aussendenden Ende des Schienenstromkreises j sich ergibt, wenn kein zweiter Zug auf der ,
Strecke ist oder wenn der zweite Zug so weit entfernt ist, daß die reflektierte Welle ganz ;
abgedämpft wird. Diese Impedanz ist als ; Vektorgröße mit Länge und Phasenwinkel an- j
zunehmen und daher in eine Widerstands- und eine Reaktanzkomponente (Z0 = R0 -f- / X0)
zerlegbar. Diese Widerstandskomponente ist natürlich nicht die gleiche wie die gewöhnliche !
Ohmsche Widerstandsgröße des Stromkreises. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wo ,'
die Frequenz sehr hoch ist, wird ihre Größe in der Hauptsache mehr dtirch das Verhältnis
der Induktanz zur Kapazität des Stromkreises ■ als durch den Ohmschen Widerstand bestimmt.
Diese »charakteristische« Impedanz Z0 stellt
dann das Verhältnis der Spannung zur Stromstärke der in den Stromkreis geschickten
Energiewellen dar. und ist nur durch die linearen Konstanten des Stromkreises und
nicht durch dessen Endigung bestimmt, gleichgültig, ob diese offen oder kurzgeschlossen ist.
Wenn auf der Strecke ein Zug sich befindet, der einen Kurzschluß hervorruft, oder wenn
der Schienenstromkreis bei einer Schienenunterbrechung offen ist, so kommt an diesem
Punkt eine Wellenreflexion zustande, und die reflektierte Welle wird bei ihrer Ankunft am
aussendenden Ende der dann .einfallenden Welle überlagert und ändert die »Eintritts«-
Impedanz in eine resultierende Impedanz um. Wenn der Reflexionspunkt so weit entfernt
ist, daß kein Gefahrzustand für die beiden Züge besteht, so wird die reflektierte Welle
derart stark gedämpft, daß sie die Impedanz des aussendenden Endes nicht wesentlich beeinflußt
und die »charakteristische« Impedanz bestehen bleibt. Ist dagegen der Reflexionspunkt,
d. h. der z\veite Zug in geringer Entfernung, dann weicht die resultierende
Inpedanz, da sie von der reflektierenden Welle beeinflußt wird, wesentlich von der
»charakteristischen« Impedanz ab und löst den Empfangsapparat aus.
Der Brückenstromkreis der Abb. 1 ist in Übereinstimmung mit der einen. Art der Benutzung
dieser Signaleinrichtung für die bei Freisein der Strecke vorhandene normale Impedanz ausgeglichen. Da die Impedanz mit
abnehmendem Zugabstand vom Normalwert abweicht, so nimmt die Störung des Gleichgewichts
zwischen der Stromquelle G und dem Empfangsapparat R der Abb. 1 zu, 'bis dier
Empfangsapparat zur Wirkung .gebracht wird und das gewünschte Signal gibt. Das Anzeigeinstrument
kann in die Marken »Frei« für normale Impedanz, »Vorsicht« für einen Ausschlagwinkel des Empfangsapparates, der
einer durch Abstandsverringerun.g auf drei bis vier Kilometer verursachten Impedanzänderung
entspricht, und! »Gefahr« für einen größeren Ausschlagwinkel, der durch eine no größere Impedanzänderung infolge weiterer
Verringerung des Zugabstandes auf eine Meile hervorgerufen ist, eingeteilt und entsprechend
kalibriert sein. Diese Möglichkeit, die Zeichengebung auf der Lokomotive in. bestimmte
Beziehung zu der Entfernung des zweiten Zuges zu bringen, ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung.
Eine der für die erfolgreiche Verwirklichung des neuen Signalisierungsverfahrens zu lösenden
Aufgaben besteht in der Schafrungeiner geeigneten Verbindung zwischen dem
Schienen-stromkreis und dem Lokalstromkreis
auf der Lokomotive. Bei der Schaltung nach Abb. ι und 2 ist hierfür das Prinzip der
elektromagnetischen Induktion verwendet. Die E. M. K. wird' zum Teil unmittelbar den
Schienen und1 zum Teil -der vordersten Lokomotivachse induziert. Andere Ausführungsformen
der elektromagnetischen Induktion sind in den Abb. 3 und 4 gezeigt. Gemaß
Abb. 3 ist die induzierende Spule C derart bemessen und gegenüber dem Schienen-.
Stromkreis angeordnet und ausgebildet, daß sie die E. M. K. unmittelbar den -Schienen- allein
aufdrückt.
Die Spule C ist in zwei L'nterspulen 1 und 2
für die beiden Schienen unterteilt. Diese Spulen 1. 2 sind auf einen U-förm-igen Kern
aufgewickelt, der aus Luft oder geeignet lameliiertem Eisen bestehen kann, und diese
ao Kerne sind in bekannter Weise so angeordnet, daß sie ein Maximum an Induzier-ungswirkung
auf die Schienen ausüben, wie die Abb. 3 erkennen läßt. Die induzierende Spule kann
auch, wie Abb. 4 zeigt, mit der Achse allein in Beziehung gebracht werden. Dies ist aber
eine weniger empfehlenswerte Anordnung, da die dahinterliegenden Fahrgestelle der Lokomotive
eine Xebenschlußwirkung ausüben.
Natürlich können derartige Schienenkopplungsmittel auf einer oder mehreren hinteren
Achsen der Lokomotive oder des Zuges angebracht werden, wobei es notwendig" ist, die
vorausgehenden Achsen zu isolieren und sie dadurch zu verhindern, den Schienenstromkreis
kurz z-u schließen und so das Stromkreisende vor den Änderungen -der Schienenimpedanz
zu behüten. Die \"erbindung mit dem Geleise kann durch ein Paar von Platten
bewirkt werden, von denen jede in der Nähe einer der Schienen angeordnet ist und einen
Kondensator damit bildet, dessen andere Fläche die Schiene selbst ist und dessen
Dielektrikum durch den- Luftspalt zwischen Platte und Schiene gegeben ist. Der Fahrze-ugstromkreis
wird so mit dem Schienenstromkreis durch elektrostatische Wirkung statt durch elektromagnetische Induktion gekoppelt.
Indessen kann der Anschluß der Schienen auch durch Bürsten, welche auf den Schienen, Rädern oder Achsen aufliegen, oder
durch Kontaktgebung mittels der Zapfen in der Art der Abb. 5 bewirkt werden. Die
Schwierigkeit, die bei induktiver oder kapazitiver Kopplung des Schienen-Stromkreises
auftritt, ergibt sich aus der Notwendigkeit, eine genügende Energiemenge zu übertragen,
die geeignet ist, Änderungen in der Schienenimpedanz hervorzurufen, die in dem Lokalstromkreis
der Lokomotive angezeigt werden. Die Anwendung verhältnismäßig hoher Frequenzen gemäß der Erfindung erleichtert diese
' Energieübertragung gewissermaßen- über einen Transformator von verhältnismäßig starker
magnetischer Streuung.
Die Abb. 6 zeigt die Schaltung am einen Stromkreisende in einer Ausführungsform, die
im allgemeinen ähnlich der Abb. 1 ist, sich aber hiervon- in bezug auf die Brückenanordnung,
den Erzeuger des Hochfrequenzwechselstromes und den Empfangsapparat
unterscheidet. Der Brückenstromkreis B der Abb. ι ist hier durch einen Stromkreis von
abweichender Form ersetzt, der einen Transformator 5 mit drei Wicklungen enthält, welcher
von einer in der Telephontecbnik bekannten Bauart ist und-, gewöhnlich als Zwitterspule
bezeichnet wird. Die Wechselstromquelle ist an- die Mittelpunkte der beiden, den eigentlichen
Brückenstromkreis bildenden Spulen angeschlossen. Sie ist l:ei Abb. 6 durch einen
Yakuumröhrenschwingungserzeuger der bei der Xachrichtenübermittlunigstechnik gebräuchlichen
Form g-egeben und besteht aus der Dreielektrodenvakuumröhre 15 mit einem
die Induktanz 12 und d'en Kondensator 14 umfassenden
Energiezuführungskreis und einem die Induktanz 13 in magnetischer Kopplung
mit der Induktanz 12 enthaltenden Leistungsstromkreis. Diese Röhre bildet einen sogenannten
rückgekoppelten Schwingungskreis, dessen Schwingungsperiode durch die Inhiktanz
12 und die Kapazität 14 bestimmt ist und z, B. durch Einstellung des Kondensators
14 verändert werden· kann. Der so erzeugte Hochfrequenzstrom wird1 mittels einer Sekundärspule
113 abgenommen-, die mit den beiden Spulen 12 und 13 einen Transformator
11 bildet. Der zur Anzeige dienende Brückenzweig ist mit der Brücke durch die dritte
Spule des Transformators 5 verbunden. Dieser Stromkreis wird1 mittels der Induktanz 6
und der Kapazität 7 auf die FYequenz der Lokalstromquell'e abgestimmt. Die Empfindlichkeit
des ganzen Stromkreises gegenüber Impedanzänderungen -durch die Spule C wird
mit Hilfe eines Verstärkers 8 der bekannten Yakuumröhrenform gesteigert. Das Anzeigeiustrument
9 kann vom Dynamometertyp ähnlich einem Wattmeter sein. Die eine der beiden
Spulen eines solchen Instrumentes ist mit no dem Ausgangsstromkreis des Verstärkers 8
durch einen geeigneten Impedanzeinstellungstransformator verbunden, und die andere Spule
wird unmittelbar durch einen aus der Stromquelle entnommenen Strom über d'en Kreis 10
erregt, der ebenfalls einen Impedanzeinstellungstransformator enthalten kann. Ein
Anzeigeinstrument dieser Art arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie der beim drahtlosen
Empfang benutzte Homodyndetektor und macht die Anzeige unempfindlich gegen Störungen
durch fremde, nicht für die Signalisie-
rung in Betracht kommende Ströme. Auch die Möglichkeit -einer Selektion wird durch
Abstimmung des Detektorzweiges und der eigentlichen Brückenzweige χ, y erreicht.
Bei den bisher beschriebenem Ausführungsformen der Erfindung wird die Signalgebung nur durch 'den Ausschlag eines Anzeigeinstrumentes erzielt. Statt dessen oder in Ergänzung hierzu können Relaisvorrichtungen ίο vorgesehen werden,-die bei bestimmten Impedanzungleichheiten zur Wirkung kommen und Alarmsignal- oder Überwachungsapparate auslösen.
Bei den bisher beschriebenem Ausführungsformen der Erfindung wird die Signalgebung nur durch 'den Ausschlag eines Anzeigeinstrumentes erzielt. Statt dessen oder in Ergänzung hierzu können Relaisvorrichtungen ίο vorgesehen werden,-die bei bestimmten Impedanzungleichheiten zur Wirkung kommen und Alarmsignal- oder Überwachungsapparate auslösen.
Die Abb. 7 zeigt die Verwendung von Relais, die durch eine empfindliche, detektorartig
wirkende Vorrichtung zwecks Auslösung von Alarm- und Überwachungsstromkreisen
zum Ansprechen 'gebracht werden. Der linke Teil der Schaltung der Abb. 7, insbesondere
die Spule 5, ist dazu bestimmt, mit dem Detektorzweig der Brückenschaltung der Abb. 6
verbunden zu werden. Die aufgenommenen Ströme werden durch die Induktanz 6' und
den Kondensator 7' abgestimmt, durch den Röhrenverstärker 8 verstärkt und durch den
Röhrendetektor 17 gleichgerichtet, in dessen Ausgangskreis die Relais 18, 19 und 20 Hegen.
Das Relais 18 ist das empfindlichste und so eingestellt, daß es auf einen verhältnismäßig
geringen Strom anspricht, der einer mäßigen Impedanzänderung entspricht, wie sie durch
einen in die Gefahrzone kommenden zweiten Zug verursacht wird. Das Relais 18 schließt
beim Ansprechen den Stromkreis 21 und läßt die Alarmglocke 22 ertönen oder löst irgendeine
andere Zeichengebung aus. Das Relais 19 hat eine solche Höchsteinstellung, daß es
auf einen Strom von etwas größerer Stärke anspricht, der einer weiteren Annäherung des
zweiten Zuges z. B. in die Gefahrzone entspricht, und es schließt den Stromkreis 23
einer elektromagnetischen Vorrichtung 24. Der Anker 25 dieser Vorrichtung· 24 wird dadurch
auf einen Teil seines Hubes eingezogen und bewirkt eine Verringerung der Zuggeschwindigkeit
durch entsprechende Einwirkung auf ein Dampfventil und ein damit verbundenes Luftbremsenventil 26. Bei weiterem Herankommen
des Zuges an die Gefahrzone wird der Detektorstrom noch weiter vergrößert, und es kömmt nunmehr infolge dieser Stromverstärkung
das Relais 20 zur Wirkung, wodurch der Stromkreis 27 geschlossen und der Anker 25 weiter nach einwärts gezogen wird, so daß
die Dampf- und Luftventile auf Stillstand des Zuges eingestellt werden.
Die Erfindung kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß zwei Frequenzen für den
Signalstrom verwendet werden. Die Abb. 8 zeigt eine nach diesem Prinzip ausgeführte
Schaltung, die im übrigen der Abb. 6 ähnlich ist. G1 und G2 sind1 zwei Hochfrequenzwechselstromquellen,
die durch Kombinationen von Induktanz und Kapazität 30 und 31 abgestimmt
werden. Die Zweige χ und y der Brücke werden auf zwei verschiedene Frequenzen
durch Himzufügung von Abstimmungskreisen
33 und 34 abgestimmt. Die Konstanten des Kreises 33 z. B. sind.in bezug
auf die Konstantem des Kondensators 1 und
der Spule C so abgestimmt und eingestellt, daß sich die Gegenreaktanz Null für die beiden
angewendeten Frequenzen ergibt.
Der Detektorkreis ist ebenfalls auf die beiden Frequenzen abgestimmt, und zwar mittels
des abgestimmten Kreises 23 in Verbindung mit den Abstimmelementen 6 und 7. Der Verstärker
8 verstärkt dann Ströme 'beider Frequenzen gemeinsam, und jeder dieser Ströme
bringt den Anizeigestromkreis, z. B. einen Stromkreis nach Abb. 7, zur Wirkung. Für
alle Entfernungen innerhalb der Wirkungszone der Signaleinrichtung ist der Endstromkreis
für beide Frequenzen, unausgeglichen, wodurch das Arbeiten der Vorrichtung gesichert
ist.
Die genannten Stromkreise arbeiten nach dem Ausgleicbsprinzip und werden durch die
Beeinflussung des Gleichgewichtszustandes durch die Änderungen1 der Scbienenimpedanz
zur Wirkung gebracht. Der Vorgang der Signalgebung ist bisher für den Fall beschrieben
worden, daß der Stromkreis bei Freisein der Strecke ausgeglichen und bei Besetztsein
der Strecke unausgeglichen ist. Diese Einstellung kann umgekehrt werden, d. h. der Stromkreis kann für gewöhnlich im
unausgeglichenen Zustande sein und das ansprechende Instrument für gewöhnlich! bei
Freisein der Strecke zur Wirkung kommen, während der Gleichgewichtszustand1 in dem
Maße der Abnahme des Abstandes der Züge verbessert wird1 und diese Verbesserung in
der Weise stattfindet, daß bei Erreichung einer bestimmten minimalen Zugentfernung das
Alarmrelais und damit das Alarmsignal ausgelöst wird. Bei weiterer Verringerung des
Zugabstandes tritt dann eine weitere Verbesserung des Gleichgewichtes auf, welche das
nächste Überwachungsrelais zur Wirkung υ ο bringt und schließlich das Anhalten des Ztiges
in der anläßlich Abb. 7 beschriebenen Weise zur Folge hat. Diese Betriebsweise der
Signaleinrichtung entspricht der mit geschlossenen Stromkreisen arbeitenden Art der
Überwachung, wie sie bei Signalstromkreisen im allgemeinen, üblich ist, während die zuerst
beschriebene umgekehrte Betriebsweise der sich offener Stromkreise bedienenden Anordnung
von gewöhnlichen Signalstromkreisen analog ist. Dieses mit geschlossenem Stromkreis
arbeitende Verfahren soll in Anwendung
bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung erläutert werden.
Die Abb. 9 zeigt eine Schaltung, die auf einem von den bisher beschriebenen ausgeglichenen
Stromkreisen abweichenden Prinzip beruht. Hier wird in der Weise verfahren,
daß die Änderungen der Schienenimpedanz veranlaßt werden·, Änderungen der
Schwingungsperiode eines Schwingungskreises herbeizuführen, und dann- die sich ergebenden
Frequenzänderungen zur Überwachung oder Auslösung der Empfangs- oder Anzeigevorrichtungen
Anwendung finden. Der Schwingungskreis hat die in der drahtlosen Technik bekannte Ausführungsform. Der Vakuumröhrenverstärker
15' ist auf seiner Eingangsseite an die eine Hälfte der Spule C und auf
seiner Ausgangsseite an die andere Hälfte dieser Spule gemäß Abb. 9 angeschlossen. Ein
Kondensator 14' überbrückt den Stromkreis und bestimmt in Verbindung mit der Induktanz
der Spule C die Schwingungsperiode. Die Spule des Schwingungserzeugers ist mit
dem Schienen-stromkreis induktiv verbunden und stellt bei Abb. 9 selbst die Kopplungsspule dar. Der durch den Schwingungserzeuger
erzeugte »Strom wird durch den Transformator 40 über den Antiresonanzkreis 41, 42 auf den Verstärker 8' und von da auf
den ansprechenden und anzeigenden Apparat übertragen, der entsprechend der Abb. 7 ausgestaltet
sein kann.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung der Abb. 9 ist folgende:
Für den dem Freisein der Strecke entsprechenden Impedanzwert erzeugt der
Schwingungserzeuger einen, Strom bestimmter Frequenz, der durch den Transformator 40
und den Verstärker 8' geht und' für gewohnlich z. B. die Relaisvorrichtungen in
Wirksamkeit hält. Der die Eingangsseite des Verstärkers 8' überbrückende Stromkreis ist
ein Antiresonanzkreis, der die Induktanz 41 und den Kondensator 42 enthält und auf die
flnrch den Schwingungserzeuger normal erzeugte
Frequenz abgestimmt ist und daher ein Maximum an Impedanz bei dieser Frequenz
aufweist und die Übertragung nicht wesentlich 1 eeinträchtigt. Eine Änderung der Schienenimpedanz
verursacht eine entsprechende Änderung der Konstanten der Spule C, welche
die erzeugte Frequenz verstellt. Für diese geänderte Frequenz bietet der Antiresonanzkreis
41, 42 eine viel geringere Impedanz und ruft eine merkliche Verringerung des dem
Detektor 17' und den damit verbundenen Relaisvornchtungen
18', 19' zugeführten Stromes hervor. Diese Vorrichtungen sind so eingestellt,
daß sie bei gewissen vorausbestimmten Stromverringerungen ansprechen und so in Übereinstimmung mit der Änderung der
Frequenz, welche der Schwingungserzeuger erleidet, zur Wirkung1 kommen. Die Auslösung
z. B. des Relais 19' hat die Auslösung des Relais 44 zur Folge, das ein Anzeige- oder
Überwaehungselement 45 sichtbar werden läßt. Die beschriebene Arbeitsweise stellt ein
mit geschlossenem Stromkreis arbeitendes Verfahren dar. Die mit offenem Stromkreis
arbeitende Betriebsweise ist natürlich ebenfalls anwendbar.
Die Abb. 10 veranschaulicht die Art und
Weise, in der ein Wechselstromsignalkreis dem Energielieferungsstromkreis einer elektrischen
Bahn überlagert werden kann. Diese Anordnung ist allgemein bei Zugdeckungseinrichtungen
anwendbar, aber von besonderem Vorteil bei Zugsignalanlagen, die mit reflektierter
Welle arbeiten, da der Energieüeferungskreis einer elektrischen Bahn einen
wirksameren und konstanteren Signalübertragungsstromkreis als der Scbienenstromkreis
der Abb. 1 und 2 bildet. Bei Abb. 10 stellen 51 und 52 die beiden Schienen des Bahngeleises
dar, die natürlich gut geerdet sind. um die Erdrückleitung des Energielieferungskreises zu bilden. Die dritte Schiene, der
Fahrdraht oder sonst ein leistungszuführender Leiter ist mit 53 bezeichnet, während 54
den Stromschuh, die Abnehmerrolle oder sonst einen Gleitkontaktteil bedeutet. Der Energieaufnahmekreis
verläuft vom Schuh 54, über die Klemme 55 durch ein eingeschaltetes Filter
56, den Widerstandsregler 57, den oder die Motoren M und zurück zur Erde über den
Punkt 58 und: die Räder und Schienen. Dieser Leistungsstromkreis kann Gleichstrom oder
niederfrequenten Wechselstrom führen. Das Filter 5(1 ist vorgesehen, um die eine höhere
Frequenz besitzenden Signalströme von den Enden 55, 57 des Leistungsaufnahmekreises
abzuhalten'. Es besteht aus mehreren Abschnitten von Reiheninduktamz und Xehenschlußkapazität
und kann, wenn die Signal- und Leistungsfrequenzen stark verschieden
sind, durch eine einfache fnduktanzspule gegeben sein.
Der über .r anzuschließende Endsignalkreis, der dem Kreis χ der vorhergehenden Abbildungen
entspricht, ist an den Punkten 55 und 58 des Leistungsaufnahmekreises über
ein Filter 59 abgezweigt. Dieses Filter dient dazu, die niederfrequenten .Ströme oder die
Gleichströme des Leistungskreises auszuschließen, während die hochfrequenten Signalströme
hindurchgehen können. Es kann die dargestellte Ausführungsform besitzen, bei der Frequenzen über einer bestimmten Grenze,
wie z.B. 100 Perioden in der Sekunde, frei übertragen werden und Frequenzen unter dieser
Grenze ausgeschlossen sind. Das Filter kann in bekannter Ausführung aus mehreren
Abschnitten von Reihenkondensatoren und Nebenschhißspulen bestehen. Sind die
Leistungs- und Signalfrequenzen genügend voneinander verschieden, so kann es zu einem
bloßen Reihenschaltungskondensator vereinfacht werden.
Verwendet man so den Energielieferungskreis für den Signalstromkreis, so kann das
Filter 56 oder ein dafür gleichwertiges Element in allen Stromschuhanschlußkreisen
eines Zuges vorgesehen werden, um den Wirkungsgrad der Signalübertragung des Leistungskreises zu verbessern. Diese Anordnung
würde an sich zu verhindern suchen, daß das Leitungsende auf dem zweiten Zug
z. B. durch Kurzschluß oder sonstwie die Impedanz des Stromkreises der dritten Schiene
in einer für die Zeichemgebung mittels reflektierter Welle genügenden Weise beeinflußt.
Esi ist daher wünschenswert, entweder das Filter 56 bei einem oder mehreren im· Signalkreis
nicht verwendeten Stromschuhkreisen wegzulassen oder das Filter 59 des Signalzweigkreises
hinzuzufügen und den Signalas endkreis χ kurzzuschließen und dadurch die
dritte Schiene für die Signalfrequenz und an einem beträchtlich hinter dem Generator und
Aufnehmer der Signaleinrichtung liegenden Punkt kurzzuschließen. Ein anderer Weg, um
zu gewährleisten, daß ein Zug die Impedanz des Stromkreises der dritten Schiene wesentlich
beeinflußt, besteht darin, daß man absichtlich die Impedanzen des Stromkreisendes und
des über die dritte Schiene gehenden Übertragungskreises nicht zueinander paßt. Noch
ein anderer Weg zur Erzielung dieses Zweckes kann dadurch beschriften werden, daß man
aufeinanderfolgende Züge mit verschiedenen Signalfrequenzen arbeiten' läßt und einen Antiresonanzkreis
60 gemäß Abb. 10 zwischen den Signalendkreis legt. Dieser wird auf die bei
seinem Zug angewendete Frequenz abgestimmt und übt keinen merklichen Einfluß auf
das zugehörige Signalgerät aus. Er wirkt aber als beträchtlicher Nebenschluß und ruft
daher bei allen anderen Frequenzen, wie z. B. denen des zweiten Zuges, eine Reflexion hervor.
Deutlicher ausgedrückt, bildet dies ein Mittel, wodurch jeder Zug instand gesetzt
wird, den Übertragungskreis in bezug auf alle anderen Züge in der Hauptsache kurzzuschließen,
während er diesen Kurzschluß in auswählender Weise für sich selbst öffnet. Der Zug kann so in den Stromkreis ohne wesentliehe
Einbuße an Ubertragungswirkung eintreten.
Selbstverständlich kann die Erfindung auch in verschiedenen anderen Ausführungsformen
praktisch verwirklicht werden, ohne daß der Grundgedanke und Inhalt der Erfindung verlassen
wird.
Claims (4)
1. Elektrische Zugdeckungsanlage, bei der elektrische Energie von der Stelle der
Signalgebung durch einen Wechselstromkreis längs der Schienenstrecke ausgesendet
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgehende Energie bei bestimmten
Betriebszuständen auf der Strecke die Rückkehr von Energie zu der Stelle der
Signalgebung und' damit eine Signalauslösung veranlaßt, bei anderen Verkehrszuständen
dagegen keine Rückkehr von Energie zu der Signalstelle und damit die Abgabe eines anderen Signals, herbeiführt
und die ausgehenden und zurückkehrenden Wellen an der Stelle der Signalgebung voneinander !geschieden werden, derart,
daß die Signalgebung nur durch die zurückkehrende Welle erfolgt und die für gewöhnlich
eine größere Amplitude als die rückkehrend'e Welle besitzende ausgehende Welle die Signalauslösung durch die rückkehrende
,Welle nicht stören kann.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgehende
Wellenenergie durch die Schienen der Strecke ausgesendet wird, durch welche auch die rückkehrende Wellenenergie zur
Signalstelle zurückzufließen veranlaßt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgehende
Wellenenergie von einer auf dem Zug angebrachten Energiequelle nach der
vor dem· Zug liegenden Strecke ausgesendet und die rückkehrende Wellenenergie
durch die Reflektionswirkung einer elektrischen Unregelmäßigkeit auf der Schiene hervorgerufen wird, die entweder
durch Kurzschluß des Stromweges, z. B. durch die Räder und Achsen eines ankommenden
Zuges, oder durch die öffnung dieses Stromweges, z. B. an einer unterbrochenen
Schiene, erzeugt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Signal mit der Schienenstrecke mittels einer auf elektrisches
Gleichgewicht eingestellten Stromkreisschaltung in Verbindung gebracht ist, die einer der charakteristischen Impedanz
des Schienenweges gleiche Impedanz besitzt, so daß entweder ein öffnen oder ein
Kurzschließen des Schienenweges die Störung des Gleichgewichtes herbeiführt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEE27996D DE376949C (de) | Elektrische Zugdeckungsanlage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEE27996D DE376949C (de) | Elektrische Zugdeckungsanlage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE376949C true DE376949C (de) | 1923-06-09 |
Family
ID=7073052
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEE27996D Expired DE376949C (de) | Elektrische Zugdeckungsanlage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE376949C (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1154502B (de) * | 1959-04-09 | 1963-09-19 | Hermann Lagershausen Dr Ing | Sicherungssystem fuer Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnfahrzeuge |
DE1294416B (de) * | 1963-12-12 | 1969-05-08 | Sumitomo Electric Industries | Zugsteuersystem fuer Strecken ohne Unterteilung in isolierte Blockabschnitte |
DE102019210278A1 (de) * | 2019-07-11 | 2021-01-14 | Siemens Mobility GmbH | Erkennung von Hindernissen auf Bahngleisen mit Hilfe von Oberflächenwellen |
-
0
- DE DEE27996D patent/DE376949C/de not_active Expired
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1154502B (de) * | 1959-04-09 | 1963-09-19 | Hermann Lagershausen Dr Ing | Sicherungssystem fuer Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnfahrzeuge |
DE1294416B (de) * | 1963-12-12 | 1969-05-08 | Sumitomo Electric Industries | Zugsteuersystem fuer Strecken ohne Unterteilung in isolierte Blockabschnitte |
DE102019210278A1 (de) * | 2019-07-11 | 2021-01-14 | Siemens Mobility GmbH | Erkennung von Hindernissen auf Bahngleisen mit Hilfe von Oberflächenwellen |
WO2021004665A1 (de) | 2019-07-11 | 2021-01-14 | Siemens Mobility GmbH | Erkennung von hindernissen auf bahngleisen mit hilfe von oberflächenwellen |
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