DE508105C - Vorrichtung zur Ausscheidung der Wirksamkeit fremden Lichtes bei optischen Signaluebertragungen - Google Patents

Description

Die optischen Signalübertragungssysteme aibeiten mit künstlichem Licht, das auf eine lichtelektrische Zelle einwirkt. Sollen z. B. Signale auf einen fahrenden Eisenbahnzug übertragen werden, so wird die lichtelektrische Zelle auf dem Zuge angebracht, während die Lichtquelle sich entweder auf der Strecke oder ebenfalls auf dem Zuge befindet. In letzterem Falle ist die Strecke mit einem

ίο Spiegel ausgerüstet, der das Licht zum Zug zurückwirft. Soll vom Zug aus ein Signal auf die Strecke übertragen werden, so ist die Anordnung umgekehrt. In den meisten Fällen kann dabei nicht vermieden werden, daß die lichtelektrische Zelle auch dem Tageslicht, unter Umständen sogar dem direkten Sonnenlicht, ausgesetzt ist. Auch fremdes künstliches Licht kann stören. Alle diese fremden Lichtarten müssen unschädlich, d. h. für die Zelle unwirksam gemacht werden. Es sind zu diesem Zwecke verschiedene Verfahren bekannt geworden. Man macht z. B. die Empfangseinrichtung durch Vorschaltung optischer Einrichtungen und mit Hilfe elektrischer Ausgleichsschaltungen der Zellen auf Tageslicht so lange unempfindlich, als das auf den Empfänger treffende Licht die Eigenschaft des Tageslichtes in der Verteilung seiner Wellenlängen usf. zeigt; tritt jedoch das künstliche Licht der Signalübertragung hinzu, so wird dieses Verhältnis gestört und die Ausgleichsschaltung (ζ. Β. Brückenschaltung) aus dem Gleichgewicht gebracht. Diese Einrichtungen verursachen jedoch hohe Lichtverluste, was zur Verwendung starker Lichtquellen oder empfindlicher Verstärker zwingt. Ein anderes Verfahren besteht darin, daß das künstliche Licht, das für die Signalübertragung benutzt wird, durch eine rotierende Lochscheibe in rascher Folge unterbrochen wird. Die Schaltung des Verstärkers ist dann so getroffen, daß nur die vom Wechsellicht herrührenden Spannungen wirksam werden. Von Nachteil ist dabei der Antrieb der Lochscheibe, bei Verwendung von Selenzellen, die bekanntlich etwas träge sind, außerdem der Umstand, daß das Licht während der Verdunkelungszeit durch die Lochscheibe nicht ausgenutzt wird.

Die im folgenden beschriebene Erfindung zur Ausscheidung des schädlichen Tageslichtes hat gegenüber den bekannten Verfahren die Vorteile, daß das Signallicht durch die . Ausscheidungseinrichtungen keinerlei Unterbrechungen und auch sonst keine zusätzlichen Lichtverluste durch optische Einrichtungen erfährt. Daran knüpft sich wiederum der Vorteil, daß man wegen der guten Lichtausnutzung . an Verstärkungsmitteln sparen kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf oder in der Nähe des Empfängers eine besondere, dem störenden Licht ausgesetzte lichtelektrische Zelle angeordnet wird, welche die eigentliche Signalübertragungseinrichtung so lange außer Wirksam-

keit setzt, als die besondere Zelle Licht erhält, oder in manchen Ausführungen so lange, als sie von Strahlen, die in künstlichem Licht nur schwach oder gar nicht, im Tageslicht dagegen stark vorkommen, getroffen wird. Damit nun die auf der Strecke stehenden Signallampen oder -spiegel auch bei Tag zur Wirkung kommen können, werden sie mit Abschirmblechen umgeben, die eine derartige Größe haben, daß dadurch das direkte Tageslicht nicht nur von der besonderen Zelle, sondern auch von den lichtelektrischen Zellen der eigentlichen Signalübertragungseinrichtung auf eine gewisse Weglänge des Zuges abgehalten wird. Einige Beispiele sollen dies näher erläutern.

In Abb. ι wird das Licht des Scheinwerfers ι der Lokomotive zu einem Lichtkegel mit dem öffnungswinkel α zusammengefaßt. ao Auf der Strecke ist der Spiegel 2 angeordnet, der beispielsweise als Winkelspiegel mit zwei spiegelnden Flächen gezeichnet ist. Die Linse 3 am Empfänger 4 entwirft im Empfänger ein Bild der Ebene des Spiegels 2 und des Abschirmbleches. In der Bildebene liegt die Blende 6, die nur die zwischen den Linsen 7 und 8 liegenden Strahlen durchtreten läßt, dagegen die weiter außen liegenden Strahlen absperrt. Im Blendenausschnitt oder dahinter liegt die lichtelektrische Zelle 9. Die Strahlen 7 und 8 durchdringen die Schirmebene in den Punkten 10 und 11. In diesen Punkten schneiden auch die äußeren Strahlen des Scheinwerferlichtkegels die Schirmebene. Durch diese Anordnung einerseits wird erreicht, daß das vom Spiegel reflektierte Licht auf die Zelle 9 trifft, solange der Spiegel 2 sich im Bereich des Scheinwerferlichtkegels befindet. (Bei Vorbeifahrt an dem Signal wandert der Spiegel durch den Lichtkegel des Scheinwerfers.) Andererseits wird verhindert, daß mehr Tageslicht, als oben innerhalb der Strahlen 7 und 8 liegt, auf die Zelle 9 gelangen ♦5 kann. Ein vom Spiegel reflektierter Strahl ist strichpunktiert eingezeichnet. Die Zelle 9 wird dazu benutzt, um die durch die optische Signalübertragung auf der Lokomotive gewünschten Wirkungen auszulösen. Ohne besondere Zusatzeinrichtungen würde die Zelle nicht nur auf das vom Spiegel reflektierte künstliche Licht, sondern auch auf Tageslicht ansprechen. Zur Unterdrückung der Tageslichtwirkung dient die lichtelektrische Zelle 12 im Empfänger auf der Lokomotive. Die Linse 13 entwirft in der Ebene der Blende ein Bild der Ebene des Schirmes 5. Der Blendenausschnitt ist so gewählt, daß nur die zwischen den Randlinien 15 und 16 liegenden Lichtstrahlen auf die Zelle 12 gelangen können. Der Randstrahl 15 schneidet die Schirmebene in Punkt 10, der Randstrahl 16 läuft parallel zu Strahl 8. Die an Zelle 12 weiter angeschlossene Apparatur macht die zur eigentlichen Signalübertragung gehörenden Einrichtungen unwirksam, solange Zelle 12 belichtet ist. Über die Art, wie das geschehen kann, folgen weiter unten einige Beispiele. Im gezeichneten Fall der Abb. 1 liegt der ganze Strahlenkegel zwischen den Linien 15 und 16 mit dem Öffnungswinkel β innerhalb des Schirmes 5. Die Zelle erhält also zum mindesten kein Tageslicht. Im allgemeinen kann aber das Signallicht zum Teil auch auf die Zelle 12 wirken. Um die Wirkung des künstlichen Lichtes auf die Zelle 12 auszuschalten, kann die Linse 13 blau gefärbt oder ein entsprechendes Farbfilter vorgeschaltet werden, das nur blaue und ultraviolette Strahlen durchläßt. Im Gegensatz zum Tageslicht wird künstliches Licht, das keine oder nur wenig von diesen kurzwelligen Strahlen enthält, unwirksam bleiben. Es ist aber leicht, die Anordnung so zu treffen, daß die Zelle zur Ausscheidung der Wirkung fremden Lichtes von dem zur Signalgebung benutzten Licht überhaupt nicht getroffen wird. In Abb. 1 ist dies ohne weiteres der Fall. Dank der Eigenschaften des Winkelspiegels, der eine öffnung von etwas mehr als 90 ° hat, wird bei Vorbeifahrt des Zuges unter dem Signal das reflektierte Licht immer nur in Richtung auf Linse 3 und 3' fallen, solange der Spiegel überhaupt im Lichtkegel des Scheinwerfers ist. Noch ausgeprägter wird diese Eigenschaft, wenn direkt vor dem Spiegel eine Sammellinse angeordnet wird, die alles reflektierte Licht auf die Linsen 3 und 3' zusammenfaßt. Die Sammellinse ist nicht gezeichnet, da sie nicht unbedingt nötig ist. In Wirklichkeit wird zweckmäßig nicht ein Winkelspiegel, der im Beispiel der übersichtlichen Darstellung wegen gezeichnet wurde, sondern ein sogenannter Tripelspiegel, der die zwei dimensionalen Eigenschaften des Winkelspiegels entsprechend in das Räumliche übersetzt, verwendet. Näheres über die Verwendung dieses Spiegels zur Signalübertragung ist in der deutschen Patentschrift 014 beschrieben. Auch wenn statt der Spiegel auf der Strecke selbstieuchtende Lichtquellen verwendet werden, kann durch Zusammenfassung der von den Signallichtern ausgehenden Strahlen zu Lichtkegeln die Zelle 12 örtlich so angeordnet werden, daß sie bei Vorbeifahrt am Signal vom Signallichtkegel nicht berührt wird. Der Fortfall des Farbfilters hat den Vorteil, daß zur Ausscheidung fremden Lichtes das Vorhandensein bestimmter Lichtstrahlen im Fremdlicht nicht gefordert wird, so daß also auch die Einwirkung starken künstlichen Fremdlichtes

unschädlich wird. Die notwendige Größe des Abschirmbleches ergibt sich aus der Überlegung, daß der Strahlenkegel 15, 16 (mit der Öffnung ß) auf das Schirmblech treffen muß, solange der Kegel 7, 8 (mit der Öffnung y) den Spiegel 2 trifft. Wie aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich, muß der Schirm um das Maß α über Punkt 17 und Maß b über Punkt 10 verlängert werden, wenn angenommen wird, daß die Fahrtrichtung in der Zeichenebene liegt (Pfeile). Ebenso ist aus der Zeichnung ersichtlich, daß Gegenstände beliebiger Ausdehnung, die ebenso weit oder weiter entfernt sind als das Abschirmblech, zu Störungen keinerlei Anlaß geben können, da bis in unendliche Entfernung der Kegel 15, 16 den Kegel 7, 8 umhüllt. Außerhalb des Schirmabstandes verbreitern sich zwar die Strahlenkegel etwas, doch wurde das in der Zeichnung der Deutlichkeit wegen nicht berücksichtigt (als Andeutung ist lediglich der Strahl 16' eingezeichnet), da grundsätzliche Änderungen dadurch nicht eintreten.
Man wird bei praktischen Ausführungen aus Sicherheitsgründen und um Ungenauigkeiten, Fahrzeugschwankungen usf. Rechnung zu tragen, den Winkel β und die Größe des Abschirmbleches größer wählen als nach obigen Regeln nötig wäre. Bei mäßiger Vergrößerung ist es aber immerhin noch nötig, daß die Umschalteinrichtung für die Übertragungseinrichtungen praktisch trägheitslos arbeitet. Beispiele für solche Einrichtungen folgen unten. Werden jedoch Einrichtungen verwendet, die eine auch nur mäßige Trägheit besitzen, so muß wegen der hohen Fahrgeschwindigkeit der Züge besonders das Abschirmblech weiter vergrößert werden, was jedoch weiter keine Schwierigkeiten macht.

Bei der durch den gestrichelten Pfeil angedeuteten Fahrtrichtung muß z. B. das Schirmblech nach links so stark verlängert werden, daß der Strahlenkegel β sich mindestens um die Verzögerungszeit vor Berührung zwisehen Strahlenkegel y und Spiegel 2 vollständig auf dem Schirm befindet. Nach rechts muß der Schirm so weit reichen und der Strahlenkegel β so weit geöffnet sein, daß mindestens die Verzögerungszeit vergeht, ehe nach genügender Belichtung der Zelle 12 der Strahl 8 den Schirm verläßt.

Die Abb. 2 zeigt ein Beispiel der Schaltung zur Aufhebung der Tageslichtwirkung. Die Zelle 12 wird von Batterie 1 über den Widerstand 2 gespeist. Dieser Widerstand ist so bemessen, daß die Röhre 4 bei unbelichteter Zelle 12 so viel negative Vorspannung erhält, daß kein Anodenstrom fließt. Bei Belichtung von 12 wird der Zellenwiderstand kleiner; damit wandert das Gitterpotential nach der positiven Seite, so daß bei richtiger Wahl der Anzapfung 5 ein Anodenstrom fließen kann. Damit zieht das Relais 6 an und dreht die Klappe 7 zwischen Zelle 9 und Linse 3. Die lichtelektrische Zelle 9 und die Linse 3 sind identisch mit den Gegenständen gleicher Nummer in Abb. 1. Solange also Fremdlicht auf Zelle 12 fällt, solange wird auch jede Signalübertragung über Zelle 9 unterdrückt. Verschwindet die Belichtung von Zelle 12, so gibt die Klappe durch Einwirkung der Feder 8 den Weg für die Lichtstrahlen zu Zelle 9 wieder frei. Die Klemmen 10 führen zum Verstärker der Signalübertragungseinrichtung. Das Relais wird man der geringeren Trägheit wegen nach dem polarisierten oder dynamometrischen System bauen. Nötigenfalls kann natürlich statt der einen Röhre 4 ein Mehrstufenverstärker verwendet werden.

Im Beispiel nach Abb. 3 wird die Zelle 9 gegen Fremdlicht ebenfalls mechanisch abgedeckt. Dazu dient eine Lochscheibe 11, die in der gezeichneten Stellung die darunterliegende Zelle 9 vor Lichtzutritt schützt. Durch den äußeren Zahnkranz und den Hacken am Anker 7 wird sie an der Drehung in Pfeilrichtung gehindert. In der Pfeilrichtung wirkt dauernd ein Drehmoment (z. B. durch eine Feder, eine Reibungskupplung, einen Elektromotor mit zwischengeschailteter Feder usf.). In der gezeichneten Stellung führt Relais 6 Strom, die Zelle 12 ist also wie in Abb. 2 durch fremdes Licht belastet. Bei Verschwinden des Fremdlichtes zieht Feder 8 den Anker 7 ab, die Lochscheibe dreht sich um eine Vierteldrehung weiter und wird am inneren Zahnkranz wieder gehemmt. In dieser Stellung ist die Zelle 9 dem Licht zur Signalübertragung durch die öffnung 13 wieder freigegeben. Der Vorteil der Anordnung gegenüber Abb. 2 besteht darin, daß das Relais 6 nur kleine Steuerkräfte aufzubringen hat. Der doppelte Zahnkranz gewährt unter allen Umständen Synchronismus zwischen Anker 8 und Lochscheibe 11.

Die mechanischen Anordnungen der Abb. 2 und 3 haben neben dem Nachteil ihrer Trägheit doch den Vorteil, daß selbst stärkstes Fremdlicht, z. B. direktes Sonnenlicht, keine Ermüdung der Zellen 9 hervorrufen kann.

In Abb. 4 wird Fremdlicht dadurch unschädlich gemacht, daß die Zelle 9 durch die Unterbrechung von Kontakt 7 von ihrer Spannungsquelle abgeschaltet wird. Dadurch wird also gewissermaßen der Zellenwiderstand trotz Belichtung unendlich groß gemacht. An den Klemmen 10 liegt der Eingang in den Verstärker für die Signalübertragung, der durch die Röhre 14 angedeutet ist.

Abb. 5 und 6 zeigen zwei Beispiele, bei denen die Herstellung und Vernichtung der

Bereitschaft zur Signalübertragung bei Verwendung von Photozellen praktisch vollkommen trägheitslos vor sich geht. Der Widerstand 6 (in beiden Abbildunigen) wird vom Anodenstrom der Röhre 4 durchflossen, wenn Zelle 12 fremdes Licht erhält. In Abb. 5 bildet die Spannung zwischen 7 und ιό die Speisespannung für den Stromkreis der Zelle 9. Die Anzapfung 7 ist so gewählt, daß die Gesamtspannung 7 bis 16 gleich Null ist, daß somit der Zellenstromkreis spannungslos ist. Verschwindet die Belichtung von Zelle 12, so verschwindet mit dem Anodenstrom der Röhre 4 auch der Spannungsabfall an Widerstand 6, so daß nunmehr die Batteriespannung zwischen 7 und 15 als Speisespannung für den Stromkreis der Zelle 9 auftritt, die damit für Signalübertragungen in Bereitschaft steht.

In Abb. 6 hat der Zellenstromkreis 9 seine eigene Speisebatterie. Die Schaltung des Verstärkers 14 ist z. B. so, daß bei Belichtung der Zelle 9 der Anodenstrom der Röhre 14 unterdrückt wird (wie übrigens auch bei den vorherigen Beispielen). Die Röhre 4 hat hier (Abb. 6) nur Einfluß auf die Vorspannung der unteren Klemme 10 gegen den Heizfaden der Röhre 14. Ist Zelle 12 unbelichtet, führt also Widerstand 6 praktisch keinen Strom, so hat die genannte Klemme annähernd das Potential des Heizfadens von Röhre 14. Diese ist also empfangsbereit. Wird Zelle 12 von fremdem Licht erregt, so bekommt die untere Klemme 10 durch den Anodenstrom in Widerstand 6 positive Vorspannung, die ausreichend ist, um selbst bei Belichtung von Zelle 9 den Anodenstrom der Röhre 14 aufrechtzuerhalten.

Es ließen sich natürlich noch zahlreiche andere Beispiele anführen.

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zur Ausscheidung der Wirksamkeit fremden Lichtes bei optisehen Signalübertragungen, dadurch gekennzeichnet, daß das fremde Licht durch Vermittlung einer besonderen lichtelektrischen Sperrzelle die die Signalübertragung aufnehmenden Zellen (9) so lange ausschaltet, als es auf die Sperrzelle (12) wirkt, indem durch geeignete, auf der Strecke angebrachte Abdeckvorrichtungen (5) an den Stellen, an denen eine Signalübertragung zu erwarten ist, die Sperrzelle (12) sowohl als auch die übrigen Zellen (9) vor Fremdlicht geschützt werden (Abb. 1, 2).
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrzelle (i2)^: ein Farbfilter vorgeschaltet ist, das für die Strahlen, die zur Signalübertragung verwendet werden, viel weniger durchlässig ist als für die im störenden Licht enthaltenen Strahlen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrzelle (12) räumlich so angeordnet ist, daß sie vom Licht (1), das zur Signalübertragung verwendet wird, überhaupt nicht getroffen werden kann (Abb. 1).
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tripelspiegel verwendet wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Signallaternen deren Licht zu Lichtkegeln zusammengefaßt und so gerichtet wird, daß die Sperrzelle (12) hiervon nicht getroffen werden kann (Abb. 1).
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Sperrzelle (12) wirksame Gesichtsfeldkegel (15, 16) außerhalb des Profils die für die signalübertragenden Zellen (9) in Frage kommenden Gesichtsfeldkegel (7, 8) bis in unendliche Entfernung umfaßt (Abb. 1).
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrzelle (12) über Zwischenverstärker, z. B. Rohrenverstärker (4), die Zellen (9) zur Signalübertragung durch eine Abdeckvorrichtung, z. B. Klappe (7), vor Lichteinwirkungen, schützt (Abb. 2).
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdeckung der Signalübertragungszellen eine Lochscheibe (11) verwendet wird, die unter einem dauernden mechanischen Drehmoment steht und deren Fortbewegung von der Sperrzelle (12) über einen Magneten (6) gesteuert wird (Abb. 3).
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrzelle (12) durch Vermittlung eines Relais (6, 7, 8) einen für die Wirksamkeit der Signalübertragung notwendigen Teil abschaltet (Abb. 4).
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Belichtung der Sperrzelle (12) der Spannungsabfall an einem Widerstand (6) geändert wird, wobei die an diesem Widerstand liegende Spannung so in die Schaltung der Signalübertragung eingegliedert ist, daß durch diese Spannungsänderung die Wirksamkeit der Signalübertragung aufgehoben wird (Abb. 5).
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Spannungsabfall am Widerstand (6) die Betriebsspannung der Signalübertra-

    gungszellen (9) nahezu auf Null gebracht wird (Abb. 5).
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Spannungsänderung im Widerstand (6) die Gittervorspannung des Verstärkers (14) für die Signalübertragung auf einen Wert gebracht wird, der jede Wirksamkeit der Signalübertragungszellen ausschließt (Abb. 6).

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen