DE69404218T2

DE69404218T2 - Impedanzverbindung für Schienenwege

Info

Publication number: DE69404218T2
Application number: DE69404218T
Authority: DE
Inventors: Malcolm Reeves
Original assignee: Westinghouse Brake and Signal Co Ltd
Current assignee: Siemens Mobility Ltd
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: CA2116911A1; EP0625460A1; AU673421B2; DE69404218D1; AU6326294A; ES2104274T3; US5470034A; GB9310439D0; GB2278219B; GB2278219A; EP0625460B1

Description

Diese Erfindung betrifft Schienenfahrzeug-Gleisschaltkreise.
Der Zweck von Schienfahrzeug-Gleisschaltkreisen ist die Erfassung der Anwesenheit und/oder der Position von Schienenfahrzeugen auf einem Gleissabschnitt. In einem typischen Eisenbahngleisschaltkreissystem ist die Gleisanlage in mehrere Gleisschaltkreisabschnitte unterteilt, wobei in jedem dieser Abschnitte jeweils an einer Stelle ein Sender für elektrische Signale und an einer anderen Stelle ein Empfänger mit den Schienen gekoppelt ist. Befindet sich ein Schienenfahrzeug in einem Gleisschaltkreisabschnitt, so verbindet es die Schienen innerhalb dieses Schaltkreises elektrisch miteinander, was vom Empfänger als Änderung des vom Senders empfangenen Signals erfaßt wird.
Dort wo die Gleise nicht nahtlos sind, können benachbarte Gleisschaltkreisabschnitte lediglich durch isolierte Unterbrechungen der Schienenstränge voneinander getrennt werden. Bei nahtlosen Gleisanlagen werden die Gleisschaltkreisabschnitte konventionell dadurch voneinander getrennt, daß an den Grenzen zwischen den Gleisschaltkreisabschnitten, passive Verbindungen über die Schienen gelegt werden, deren Impedanz gegenüber Signalen der Betriebsfrequenz des Gleisschaltkreisabschnittes gering ist. Diese Verbindungen vermeiden das Ausbreiten dieser Signale von einem Gleisschaltkreisabschnitt zum anderen über die Verbindungsanschlüsse hinweg. Die passiven Verbindungen können entweder einen Kurzschlußbügel enthalten, welcher die Schienen direkt miteinander verbindet, oder einen elektrischen Filter von geeigneter Impedanz. Üblicherweise wird die Kurzschlußbügelvorrichtung durch Hinzufügen eines Kondensators in einiger Entfernung des Bügels zur Resonanz angeregt, um die Spannung zwischen den Schienen zu erhöhen, da eine hohe Spannung erforderlich ist, um die zwischen den Rädem des Zuges und den Schienen vorhandene dünne Oxydschicht zu durchbrechen.
Dort wo die Schienenfahrzeuge elektrisch angetrieben werden, kann die Zugleistung des Fahrzeuges (die beispielsweise mittels eines über die Gleise gespannten Fahrdrates den Schienenfahrzeugen zur Verfügung gestellt wird) über die Schienen an das Umspannwerk zurückgeführt werden.
In diesem Falle müssen die Schienen miteinander verbunden werden, um den rücklaufenden zugstrom zwischen ihnen auszugleichen. Dort wo die Schienen durch Kurzschlußbügel als Teil des Gleisschaltkreissystems miteinander verbunden sind, können diese Bügel auch als Verbindungen im Zugstromkreis verwendet werden. Sind die Schienen jedoch über elektrische Filter miteinander verbunden, welche so eingestellt sind, daß sie eine niedrige Impedanz bei der Betriebsfrequenz des Gleisschaltkreissystems aufweisen, sind sekundäre Verbindungen ("Gleichstromschie-nenverbinder mit Wechselstromsperre") erforderlich, die bei der Frequenz des Zugstromkreises eine geringe und bei der Frequenz des Gleisschaltkreises eine hohe Impedanz aufweisen. Beide Gleisschaltkreisverbindungssysteme haben Nachteile. Es kann sein, daß die gewünschten Grenzen zwischen den Gleisschaltkreisabschnitten mit den gewünschten Positionen der Verbindungen für den Zugstromschaltkreis nicht übereinstimmen, was bedeutet, daß Kompromisse dort notwendig sind, wo Kurzschlußbügel zur Anwendung kommen sollen. Die Herstellung des Filtersystems ist ungünstig, weil die Filter so eingestellt werden, daß sie den Senderfrequenzen angepaßt sind.
In GB-A-2 134 681 wird ein Eisenbahngleisschaltkreis mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 offenbart.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gleisschaltkreissystem angewandt, welches folgendes enthält:
a) eine erste und eine zweite Schiene eines Bahngleises;
b) einen ersten Gleisschaltkreis mit:
i) einem ersten Sender zum Übertragen von Signalen in die Schienen an einem Ende des ersten Gleisschaltkreises und
ii) einem ersten Empfänger zum Empfangen von Signalen aus den Schienen än einem entgegengesetzten Ende des ersten Gleisschaltkreises;
c) einen zweiten Gleisschaltkreis, der neben dem ersten Gleisschaltkreis liegt und folgendes aufweist:
i) einen zweiten Sender zum Eingeben von Signalen in die Schienen an einem Ende des zweiten Gleisschaltkreises, der sich neben dem entgegengesetzen Ende des ersten Gleisschaltkreises befindet und
ii) einen zweiten Empfänger zum Empfangen von Signalen aus den Schienen an einem entgegengesetzten Ende des zweiten Gleisschaltkreises und
d) ein Beendigungsgerät für den ersten und den zweiten Gleisschaltkreis, wobei dieses Beendigungsgerät eine Steuerungseinheit zum Ableiten eines Beendigungssignals umfaßt, um den Durchgang eines Signals zwischen dem ersten und dem zweiten Gleisschaltkreis zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sender und der erste Empfänger Teil des Beendigungsgerätes sind, wobei dieses Beendigungsgerät als aktives Element der Gleisschaltkreise wirkt und,
daß der zweite Sender und der erste Empfänger in Reihe zwischen der ersten und der zweiten Schiene verbunden sind, wobei der zweite Sender durch die Steuerungseinheit gesteuert wird, um das Beendigungssignal so zu übermitteln, daß die Reihenschaltung des zweiten Senders und des ersten Empfängers eine niedrige Impedanz über die Schienen aufweist, bei Signalfrequenzen, deren Ausbreitung über das Beendigungsgerät hinaus verhindert werden soll.
Dieser zweite Sender verfügt in angemessener Weise über Mittel zur Leistungsverstärkung, um den zweiten Gleisschaltkreis mit Leistung zu versorgen, um seine Beendigung zu bewirken. Das Beendigungsgerät weist bevorzugterweise einen ersten Anschluß entweder zur ersten oder zur zweiten Schiene auf sowie einen zweiten Anschluß zur anderen Schiene, wobei die Mittel zur Leistungsverstärkung Leistung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß einbringen. Die Mittel zur Leistungsverstärkung können mit der ersten und der zweiten Schiene über einen Trafo gekoppelt sein.
In angemessener Weise können die Mittel zur Leistungsverstärkung derart begrenzt sein, daß sie nur Signale senden, deren Leistung unterhalb einer im voraus festgelegten Leistungsgrenze liegt, um ihren weiteren Betrieb sicherzustellen, wenn sie die Schienen untereinander verbinden, falls die Impedanz zwischen den Schienen am Verbindungsort periodisch niedrig ist, beispielsweise wenn ein Zug hinüberfährt. Bevorzugterweise sind die Mittel zur Leistungsverstärkung in der Lage, die Frequenz der von ihnen gesendeten Signale zu erhöhen, als Reaktion auf die Leistung der Signale, die sie senden sollen, welche sich der besagten Leistungsgrenze nähern.
Bevorzugterweise sind Rückkopplungsmittel zum Produzieren eines Rückkopplungssignals in Abhängigkeit von Signalen, die in einem Rückkopplungspfad zwischen den Schienen abgetastet werden, vorhanden, sowie Steuerungsmittel zum Steuern der Mittel zur Leistungsverstärkung in Abhängigkeit des Rückkopplungssignals, um ein Beendigungssignal in den zweiten Gleisschaltkreis zu übertragen, zum Trennen der Gleisschaltkreise.
Die Steuerungsmittel können in der Lage sein, die Mittel zur Leistungsverstärkung zu steuern, um Datensignale zu senden (wie Gleisschaltkreissignale und/oder ATP-Signale)
Ein Gleisschaltkreis kann in angemessener Weise nur durch aktive Beendigungsgeräte gemäß der vorliegenden Erfindung beendet werden, beispielsweise Geräte ohne passives Ende oder mit einer Kombination von aktivem und passivem Ende. Wird nur die aktive Beendigung verwendet, so wird keine Beendigung des Gleisschaltkreises eingestimmt, wodurch eine größere Bandbreite zum Senden von ATP- (automatischer Zugschutz) oder anderen Datensignalen verfügbar ist. Sender, die Signale in den Gleisschaltkreis einsenden, können dann verschiedene Frequenzen für das Senden ihrer Signale verwenden (oder es kann eine andere Technik angewandt werden), um die Unterscheidung der Signale zu gewährleisten. Ein weiterer Vorteil, der sich aus der erweiterten Bandbreite ergibt besteht darin, daß gestreckte Spektrumssignale gesendet werden können, oder daß das Frequenzüberspringen anwendbar ist, um das Zugrauschen zu überwinden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Beispiels, mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Gleisschaltkreissystems ist, das aktive Beendigungseinheiten enthält und
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Beendigungseinheit wie in Figur 1 dargestellt ist.
Figur 1 zeigt zwei nebeneinanderliegende Schienen 1, 2, die durch aktive Beendigungseinheiten 3, 4, 5 (schematisch dargestellt) in Gleisschaltkreise getrennt sind (allgemein mit A und B gekennzeichnet), wobei jede zwischen den Schienen verbunden ist. Gleisschaltkreis A wird von den Beendigungseinheiten 3 und 4 und Gleisschaltkreis B wird von den Beendigungseinheiten 4 und 5 beendet. Die Beendigungseinheit 4 wirkt so, daß sie die zwei Gieisschaltkreise A und B trennt.
Jede Beendigungseinheit ist eine aktive Komponente von mindestens einem Gleisschaltkreis und enthält eine Sendeeinheit 3a, 4a, 5a, die zwischen den Gleisen über einen Trafo 3b, 4b, 5b verbunden ist sowie eine Steuerungseinheit 3d, 4d, 5d, die sich in einem Rückkopplungspfad 3f, 4f, 5f zwischen den Schienen 1, 2 befindet und die, abhängig von den Signalen, die sie im Rückkopplungspfad abtastet, die entsprechende Sendereinheit steuert, um ein Beendigungssignal zu senden (um den (die) Gleisschaltkreis(e) zu beenden). Die Steuerungseinheiten 3d, 4d, 5d können auch von einer Überwachungseinheit 6 Daten empfangen, die ein Datensignal definieren, das in die Gleisschaltkreise gesendet werden soll. Alternativ dazu könnten die Steuerungseinheiten selbst die Daten erzeugen. Die Steuerungseinheiten können dann die entsprechende Sendereinheit steuern, um das von den Daten definierte Datensignal zu senden. Das Datensignal kann ein ATP-Signal sein und/oder ein konventionelles Gleisschaltkreissignal, um das Erfassen der Gegenwart oder der Position von Schienenfahrzeugen zu ermöglichen.
Die Empfangseinheiten 3e, 4e, 5e, mit den Stromfühlern 3c, 4c, 5c, werden ebenfalls bereitgestellt, um die Signaldaten abzutasten, die von anderen Einheiten empfangen werden (entweder ähnliche Beendigungseinheiten oder verschiedene Einheiten). Diese Signale können verwendet werden, um die Signalisierungsinformation weiterzuleiten und um die Gegenwart, die Position und den Status von Schienenfahrzeugen zu erfassen. Auf die Signale bezogene Daten, wie sie von den Empfängereinheiten erfaßt werden, können von der Überwachungseinheit 6 weitergeleitet werden.
Jede Beendigungseinheit ist demnach in der Lage, benachbarte Gleisschaltkreisabschnitte (an deren Enden sie jeweils angeschlossen sind) dadurch zu trennen, daß sie die Ausbreitung von Signalen zwischen ihnen vermeidet, bei Übertragung der Datensignale und ist auch in der Lage, von anderen Einheiten gesendete Signale zu empfangen. So hat der Strom, der durch die Verbindungen einer Beendigungseinheit mit den Schienen fließt, zwei Komponenten: eine empfangene Komponente, die von anderen Einheiten erzeugt und eine gesendete Komponente, die von ihrer eigenen Sendereinheit erzeugt wird.
Die in Figur 1 dargestellte Ausführung hat aktive Beendigungen an beiden Enden eines jeden gezeigten Gleisschaltkreises. Dies ist jedoch nicht wesentlich: es könnte eine Kombination von aktiver und passiver Beendigung in einem einzelnen Gleisschaltkreis ver wendet werden. Da an beiden Enden ein Sender für Gleisschaltkreissignale vorhanden ist, hat die dargestellte Vorrichtung jedoch den Vorteil, daß die Spannungsverteilung zwischen den Schienen über den Gleisschaltkreisen gleichmäßig höher ist, als wenn eine passive Beendigung verwendet würde. Da ferner an beiden Enden eines jeden Gleisschaltkreises ein Empfänger zum Erfassen von Fahrzeugpositionen vorhanden ist, wird vom System eine höhere Sicherheit gewährleistet als von früheren, passiven Systemen mit nur einem Empfänger.
Um benachbarte Gleisabschnitte zu trennen, kann die Ausbreitung von Signalen an einer Beendigungseinheit vorbei durch Anwendung einer negativen Rückkopplung zur Sendereinheit der Beendigungseinheit, auf ein Minimum reduziert werden. Dies ermöglicht das Reduzieren der effektive Impedanz der Beendigungseinheit auf ca. null Ohm, für die Frequenzen, deren Ausbreitung sie verhindern soll. Dies kann jedoch von Nachteil sein. Wenn ein Schienenfahrzeug, das im Gleisschaltkreis erfaßt werden soll, die Schienen miteinander verbindet, beträgt seine Impedanz dabei typischerweise 0,5 Ω oder weniger. Wenn sich das Fahrzeug weit entfernt von einer Beendigungseinheit befindet, so ist die Impedanz zwischen den Schienen, wie von der Einheit erfaßt, größer, aufgrund der Impedanz der dazwischenliegenden Schienenstücke. Nähert sich jedoch das Fahrzeug der Beendigungseinheit, so nähert sich die erfaßte Impedanz dem Wert von 0,5 Ω oder weniger. Dann muß die Sendereinheit der Beendigungseinheit Hochleistungssignale senden, wenn sie Gleisschaltkreissignale erzeugen soll, die von der benachbarten Beendigungseinheit zu empfangen sind.
Um dies zu überwinden muß die Sendereinheit auf eine voreingestellte Leistungsgrenze begrenzt werden. Dann kann entweder die Ausgangsimpedanz der Sendereinheit erhöht werden, wenn die Sendereinheit sich ihrer Leistungsgrenze nähert, so daß sie weniger Leistung abgeben muß, oder (da die Gegenwart von Fahrzeugen auf dem Gleis Hochfrequenzsignale weniger schwächt als Niederfrequenzsignale), die Frequenz der Gleisschaltkreissgnale kann erhöht werden. Alternativ dazu kann angenommen werden, daß wenn die Leistungsgrenze erreicht ist, sich das Fahrzeug an oder sehr nahe bei der Beendigungseinheit befindet. In diesem Falle kann entschieden werden, daß ein Signalempfang durch die benachbarte Einheit zum Feststellen der Fahrzeugposition nicht erforderlich ist und die Ausgangsspannung des Senders kann lediglich begrenzt werden.
Jede aktive Beendigungseinheit kann so gestaltet werden, daß sie sich von mindestens einer der Schienen entkoppelt, wenn sie ihr eigenes Versagen feststellt, wobei die Gleisschaltkreise, die sich auf beiden Seiten der versagenden Beendigungseinheit befinden, zu einem einzigen, verlängerten Gleisschaltkreis zusammengefügt werden. Unter dieser Bedingung beenden die aktiven Beendigungseinheiten, die der versagenden Einheit benachbart sind, den verlängerten Gleisschaltkreis. Das System sollte immer noch ordnungsgemäß funktionieren, vorausgesetzt, es kann die stärkere Schwächung der so verlängerten Gleisschaltkreise verkraften.
Zwei aktive Beendigungseinheiten können an jeder Position des Systems verfügbar gemacht werden, wo eine benötigt wird, so daß wenn eine versagt, die Itersatzeinheitt dem Betrieb zugeschaltet werden kann.
Ein System, das aktive Beendigungseinheiten verwendet, kann installiert werden, um ein existierendes, passives Beendigungssystem zu ersetzen, ohne den Betrieb des existierenden Systems zu beeinträchtigen. Nach vollendeter Installation des Ersatzsystems, kann das vorhandene System abgetrennt werden und das Ersatzsystem kann in Betrieb genommen werden. Die Tatsache, daß jede aktive Beendigungseinheit weniger Schienenanschlüsse als die Systeme nach dem bisherigen Stand der Technik hat, bringt Installationsersparnisse mit sich.
In der Figur 2 wird die Konfiguration einer aktiven Beendigungseinheit mit mehr Details als in Figur 1 gezeigt. Die Stromversorgung der Einheit wird über eine 110 V Wechselstromversorgung sichergestellt. Der Strom wird vom Netzgerät 7 zu geeigneten Gleichstrompegeln konvertiert. Ein Verstärker 8 steuert die Schienen 1, 2 des Gleises über einen Trenntrafo 9 und die Gleisanschlüsse 1a, 2a an. Ein Rückkopplungssignal kommt über einen zweiten Trenntrafo 10 und wird mit einem Sendebedarfssignal durch einen Operationsverstärker 12 kombiniert (welches das von einem Sendesignalgenerator 11 zu sendende und zu erzeugende Datensigal betrifft), um ein Steuersignal zu erzeugen. Das Steuersignal wird von einem Steuerkreis 13 genutzt, um den Verstärker 8 zu steuern und somit sicherzustellen, daß die Ausgabe an die Schienen mit den Erfordernissen des Sendebedarfs übereinstimmt, d. h., daß die erforderliche Beendigung und Datensignale gesendet werden. Der Verstärker ist bevorzugterweise von der Schaltmodus Art, da dies die Leistungsverluste minimiert. Die Einheit umfaßt ebenfalls einen Kreis für empfangene Signale 14, mit einem Stromfühler 15, der einen Erfassungskreis 16 versorgt. Dies extrahiert Daten, welche die Besetzung des (der) Gleischaltkreise(s) betreffen, mit denen die Beendigungseinheit verbunden ist, und leitet sie an eine Überwachungseinheit 6 weiter, welche die Daten zum internen Sperren des Eisenbahnsignalsystems nutzt. Die Überwachungseinheit kann ebenfalls Daten an den Sendesignalgenerator 11 senden, um die Ausgabe von Datensignalen an den Gleisschaltkreis zu steuern.

Claims

1. Gleisschaltkreis, der folgendes aufweist:

a) eine erste und eine zweite Schiene (1, 2) eines Bahngleises;

b) einen ersten Gleisschaltkreis (B) mit:

i) einem ersten Sender (5a, 5b) zum Übertragen von Signalen in die Schienen (1, 2) an einem Ende des ersten Gleisschaltkreises (B) und

ii) einem ersten Empfänger (4c, 4e) zum Empfangen von Signalen aus den Schienen (1, 2) an einem entgegengesetzten Ende des ersten Gleisschaltkreises (B);

c) einen zweiten Gleisschaltkreis (A), der neben dem ersten Gleisschaltkreis (B) liegt und folgendes aufweist:

i) einen zweiten Sender (4a, 4b) zum Eingeben von Signalen in die Schienen (1, 2) an einem Ende des ersten Gleisschaltkreises (B) und

ii) einen zweiten Empfänger (3c, 3e) zum Empfangen eines Signals aus den Schienen (1, 2) an einem entgegengesetzten Ende des zweiten Gleisschaltkreises (A) und

d) ein Beendigungsgerät (4) für den ersten und den zweiten Gleisschaltkreis (B, A), wobei dieses Beendigungsgerät eine Steuerungseinheit (4d) zum Ableiten eines Beendigungssignals umfaßt, um den Durchgang eines Signals zwischen dem ersten und dem zweiten Gleisschaltkreis (B, A) zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß

der zweite Sender (4a, 4b) und der erste Empfänger (4c, 4e) Teil des Beendigungsgerätes (4) sind, wobei dieses Beendigungsgerät (4) als aktives Element der Gleisschaltkreise wirkt und,

daß der zweite Sender (4a, 4b) und der erste Empfänger (4c, 4e) in Reihe zwischen der ersten und der zweiten Schiene (1, 2) verbunden sind, wobei der zweite Sender (4a, 4b) durch die Steuerungseinheit (4d) gesteuert wird, um das Beendigungssignal so zu übermitteln, daß die Reihenschaltung des zweiten Senders (4a, 4b) und des ersten Senders (4c, 4e) eine niedrige Impedanz über die Schienen aufweist, bei Signalfrequenzen, deren Ausbreitung über das Beendigungsgerät (4) hinaus verhindert werden soll.

2. Gleisschaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Sender (4a, 4b) über Mittel zur Leistungsverstärkung (8) verfügt, um den zweiten Gleisschaltkreis (A) mit Leistung zu versorgen, um seine Beendigung zu bewirken.

3. Gleisschaltkreis gemäß Anspruch 2, wobei das Beendigungsgerät (4) einen ersten Anschluß (1a) entweder zur ersten oder zur zweiten Schiene (1, 2) aufweist sowie einen zweiten Anschluß zur anderen Schiene, wobei die Mittel zur Leistungsverstärkung (8) Leistung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß (1a, 2a) einbringen.

4. Gleisschaltkreis gemäß Anspruch 3, wobei die Mittel zur Leistungsverstärkung (8) mit der ersten und der zweiten Schiene (1, 2) über einen Trafo (9) gekoppelt sind.

5. Gleisschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Mittel zur Leistungsverstärkung (8) derart begrenzt sind, daß sie nur Signale senden, deren Leistung unterhalb einer im voraus festgelegten Leistungsgrenze liegt.

6. Gleisschaltkreis gemäß Anspruch 5, wobei die Mittel zur Leistungsverstärkung (8) in der Lage sind, die Frequenz der von ihnen gesendeten Signale zu erhöhen, als Reaktion auf die Leistung der Signale, die sie senden sollen, welche sich der besagten Leistungsgrenze nähern.

7. Gleisschaltkreis gemäß Anspruch 2 oder gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6 wie von Anspruch 2 abhängig, einschließlich:

einem Rückkopplungsmittel (10, 11, 12) zum Produzieren eines Rückkopplungssignals in Abhängigkeit von Signalen, die in einem Rückkopplungspfad zwischen den Schienen abgetastet werden und,

Steuerungsmittel (13) zum Steuern der Mittel zur Leistungsverstärkung (8) in Abhängigkeit des Rückkopplungssignals, um ein Beendigungssignal in den zweiten Gleisschaltkreis (A) zu übertragen, zum Trennen der Gleisschaltkreise (A, B).

8. Gleisschaltkreis gemäß Anspruch 7, wobei die Steuerungsmittel (13) in der Lage sind, die Mittel zur Leistungsverstärkung (8) zu steuern, um Datensignale zu senden.

9. Gleisschaltkreis gemäß Anspruch 8, wobei die benannten Datensignale Gleisschaltkreissignale und/oder ATP-Signale umfassen.