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Nachrichtenübertragungssystem für elektrischen Bahnbetrieb Gegenstand
der Erfindung ist eine Einrichtung zur Nachrichtenübermittlung zwischen beweglichen
Stationen sowie zwischen festen und beweglichen Stationen im elektrischen Bahnbetrieb.
Vor allem ist dabei an eine Nachrichtenübermittlung zwischen einem ziehenden und
einem schiebenden Triebfahrzeug desselben Zuges gedacht. Zu diesem Zweck ist bereits
ein Nachrichtenübertragungssy stem vorgeschlagen worden, bei dem die beweglichen
Stationen mit Hilfe von ortsfesten Stationen über die Fahrdrahtleitungen gesendeter
Trägerströme miteinander verkehren können. Die Anordnung ist dabei so getroffen,
daß die Aussendung der Trägerströme nur in festen Stationen. an den Enden der Leitung
bzw. der Leitungsabschnitte erfolgt und in den beweglichen Stationen zur Aussendung
von Nachrichten Absorptionsschaltungen angeordnet sind, die die über die Leitung
fließenden Trägerströme modulieren.
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Damit jedoch für den Fall, daß sich auf einem solchen mit einer Trägerfrequenz
überlagerten Streckenabschnitt mehrere Züge befinden,, die zwischen zwei oder mehr
Triebfahrzeugen eines Zuges ausgetauschten Nachrichten nicht von den anderen Zügen
aufgenommen werden können und damit zu
schwerwiegenden Mißverständnissen
führen, wird nach einem weiteren bekannten Vorschlag jedem Nachrichtenkanal, d.
h. jedem Zug, eine bestimmte Modulationsfrequenz zugeordnet und die Signalübertragungsanlage
in den beweglichen Stationen auf die verschiedenen möglichen Modulationsfrequenzen
umschaltbar gemacht. Für den Empfang det Modulationsfrequenzen -,werden selektive
Tonfrequenzrelais .verwendet, die ihrerseits von der Modulationsfrequenz unabhängige
örtliche Signale auslösen.
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Abgesehen davon, daß das vorgeschlagene Nachrichtenübermittlungssystem,
schon vom wirtschaftlichen Standpunkt aus betrachtet, verschiedene Nachteile aufweist,
da in jeder Station eine größere Anzahl selektiver Filter und Empfangseinrichtungen
benötigt wird, damit jede Station auf die in einem Streckenabschnitt maximal mögliche
Anzahl von Kanälen umgeschaltet werden. kann, was jedoch nur in beschränktem Maße
durchzuführen ist, sind mit diesem System auch technische Nachteile verbunden. Diese
bestehen in erster Linie darin, daß die Energieversorgung zwischen dem festen Speisepunkt
und den beweglichen Sende- und Empfangseinrichtungen beträchtlichen Schwankungen
unterworfen ist. Infolge der z. B. durch Stoßstellen bedingten Schwankungen des
Arbeitswiderstandes ist die Energieabsorption mehr oder weniger wirksam, so daß
also im Empfänger außer einer hochfrequenten, Pegelregelung auch noch eine niederfrequente
Regelung erforderlich wird. Weiterhin ist es infolge der Verwendung von Zwischenrelais
für die Signalwiedergabe nicht möglich, zwischen Signalströmen und Störströmen,
zu unterscheiden, da letztere ja ebenfalls die Empfangsrelais zum Ansprechen bringen
können.
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Durch die Erfindung werden nun alle obengenannten Nachteile vermieden.
und ein besonders einfaches und betriehssicheres System für die Nachrichtenübermittlung
mittels Hochfrequenz über die Fahrdrahtleitung zwischen beweglichen Stationen sowie
zwischen festen und beweglichen Stationen im elektrischen Bahnbetrieb geschaffen.
Erfindungsgemäß ist dieses System dadurch gekennzeichnet, daß jede Station mit einer
Sende- und einer Empfangseinrichtung ausgerüstet ist, die wahlweise auf alle in
einem bestimmten Streckenabschnitt im Höchstfall gleichzeitig, möglichen Nachrichtenkanäle
umschaltbar sind, und daß gleiche Nachrichten in allen Stationen mit der gleichen
Differenzfrequenz empfangen werden, die durch Überlagerung der empfangenen Hochfrequenz
mit. der dem Verkehr mit der Gegenstation zugeordneten Sendefrequenz gebildet wird.
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Es ist zwar bereits bekannt, für den Gegenverkehr zwischen zwei drahtlosen
Stationen jeweils die empfangene Frequenz der Gegenstation: mit der eigenen Sendefrequenz
zu überlagern. Bei diesen bekannten Systemen «-erden jedoch die Nachrichten nicht
durch die Differenzfrequenz selbst gebildet, sondern durch Modulation der Sendefrequenz
und damit empfangsseitig durch eine Modulation der durch die Überlagerung gebildeten
Zwischenfrequenz. Dieses System benötigt also sowohl llodulatoren als auch Demodulatoren.
Für eine 1blehrfachnachrichtenübertragung, die durch Modulation der Sendefrequenz
mit verschiedenen, die Nachrichten, bildenden Frequenzen gebildet ist, wird außerdem
eine ganze Anzahl selektiver Filter erforderlich.
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Demgegenüber weist das System gemäß der Erfindung erhebliche Vorteile
auf, wenn gleichzeitig Nachrichten zwischen einer größeren Anzahl von Stationen
ausgetauscht werden sollen, so z. B. jeweils zwischen Zug-und Schublokomotiven zahlreicher
Züge, die in geringem Abstand voneinander, z. B. im Blockabstand, in Steigungen
oder in unübersichtlichem Gelände (Tunnelstrecken, durch Lawinen gefährdete Streckenabschnitte)
fahren. Das Nachrichtenübertragungssystem gemäß der Erfindung macht es nämlich möglich,
daß jede mit dieser Einrichtung versehene Lokomotive in einfacher Weise mit jeder
anderen Station über jeden beliebigen Nachrichtenkanal zusammengeschaltet werden
kann und daß gleichzeitig sämtliche vorhandenen Nachrichtenkanäle betrieben werden
können. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß jede sendende Station die hierfür
erforderliche Energie selbst liefert und daß, da der Abstand zwischen Sender und
Empfänger (Schub- und Zuglokomotive) im allgemeinen verhältnismäßig klein ist, auch
die Schwankungen der empfangenen Ströme sich in engen Grenzen halten und die Sendeenergie
selbst im Gegensatz zu dem bereits vorgeschlagenen Nachrichtenübertragungssystem
nur gering zu sein braucht.
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Durch die Anwendung des überlagerungsempfangs kann man ferner die
Empfangseinrichtung so ausbilden, daß in jeder Station lediglich ein festes Hochfrequenz-
und ein Zwischenfrequenzfilter Verwendung finden. Die Trennung der verschiedenen
Nachrichtenkanäle wird dann durch Umschaltung der Sende- und Überlagerungsfrequenzen
vorgenommen. Z-,veckmäßig besitzen dabei die festen Hochfrequenzfilter eine solche
Bandbreite, daß sämtliche zur Verwendung gelangenden Hochfrequenzen durchgelassen
werden, während die festen. Zwischenfrequenzfilte-r nur die Differenzfrequenz durchlassen,
i die für alle Nachrichtenkanäle in beiden Verkehrsrichtungen gleich groß gemacht
wird.
Durch die an sich bekannte gleichzeitige Verwendung der eigenen
Sendefrequenz einer Station als Überlagerungsfrequenz beim Empfang kann man in dem
gleichen zur Verfügung stehenden Frequenzband die doppelte Anzahl Nachrichtenkanäle
unterbringen. Die Nachrichten können allerdings dann in den beiden Richtungen nicht
mehr gleichzeitig, sondern nur abwechselnd übertragen werden.
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Die Nachricht selbst wird, wie im Bahnverkehr üblich, durch bestimmte
vorzugsweise akustische Zeichen ausgedrückt. Bei dem System gemäß der Erfindung
kann man die empfangenen Signale leicht in akustische Zeichen umwandeln, indem man
die Über= Lagerungsfrequenz bei jedem Nachrichten; kanal so wählt, daß stets: die
gleiche, im hörbaren Frequenzbereich liegende Zwischenfrequenz gebildet wird, die
dann nach: entsprechender Verstärkung direkt einem Lautsprecher zugeführt wird.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß der auf den Fahrleitungen unter Umständen
herrschende hohe Störpegel im Ohr wahrgenommen und von dem Zeichenton unterschieden
werden kann., was bei Steuerung einer Hupe durch ein: Relais nicht der Fall ist.
Die Verwendung ein- und derselben Zwischenfrequenz für alle Nachrichtenkanäle hat
unter anderem den großen Vorteil, d'aß diese Frequenz so. gelegt werden kann, daß
sie mit anderen akustischen, Signalen, die im Bahnbetrieb verwendet werden, nicht
verwechselt werden kann. Darüber hinaus kann die Zwischenfrequenz noch durch Modelung,
Wobbelung oder Tastung vor den anderen akustischen Signalen charakteristisch hervorgehoben
werden.
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Im folgenden so11 nun an Hand der Fig. i und 2 ein Beispiel für die
praktische Ausbildung des übertragungssystems. gemäß der Erfindung näher erläutert
werden. In der Fig. i ist dabei ein Prinzipschema einer Station gezeigt, in Fig.
2 ist der schaltungsmäßige Aufbau dieser Station im einzelnen dargestellt.
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Jede. der miteinander in Verkehr tretenden Stationen besitzt einen
Sender, der auf verschiedene Frequenzen umgestimmt werden kann, sowie einen Überlagerungsempfänger,
der die Sendefrequenz der eigenen Station als überlagerungs.frequenz benutzt. Die
Sende-bzw: überlagerungsfrequenz der Gegenstation @veicht dabei von der eigenen
Station jeweils um ungefähr i kHz ab. Für die zu verwendenden Hochfrequenzen ist
dabei beispielsweise ein Frequenzband von etwa 30 bis _i5okHz vorgesehen.,
bei einem Abstand der einzelnen Kanäle von rund 3 bis 5 kHz. In der Fig. i ist mit
i die Fahrdrahtleitung einer elektrischen Bahnanlage bezeichnet, 2 ist der Stromabnehmer
eines Triebfahrzeugs und 4 der vor dem Hochsp:annungstransformator angeordnete Leistungsschalter.
Handelt es sich jedoch um eine mit Gleichstrom betriebene Bahnanlage, so muß gegebenenfalls
vor den. Starkstromkreisen des Fahrzeugs eine Hochfrequenzsperre vorgesehen werden.
Vorzugsweise vor diesem Schalter wird über den üblichen Kopplungskondensator 3 und
eine Sicherungseinrichtung 5 die Nachrichtenübermittlungseinrichtung angeschlossen.
Der Empfangsteil dieser Einrichtung besteht aus einem festen Hochfrequenzbandfilter
6, dass, wie bereits ausgeführt, eine solche Bandbreite aufweist, daß alle. zur
Verwendung kommenden Hochfrequenzen durchgelassen werden. Auf dieses Filter folgt
eine Mischstufe 7, in der mit Hilfe der voii dem abstimmbaren Generator i i gelieferten
Hochfrequenz die feste Zwischenfrequenz von iooo Hz erzeugt wird, die in einem nachgeordneten
Niederfrequen.zbandfilter 8; welches praktisch nur diese Frequenz durchläßt, ausgesiebt
und über einen Endverstärker 9 direkt auf den Lautsprecher io gegeben wird. Durch
Betätigung einer Sendetaste wird durch den Umschaltkontakt s der Empfängerteil ab:-
und die Sendeeinrichtung angeschaltet. Diese besteht lediglich aus. dem Sendeverstärker
12, dem die Hochfrequenz von dem gleichen Generator i i zugeführt wird. Gegebenenfalls
ist im Empfängerteil noch eine Wobbelungseinrichtung 13 oder dergleichen vorgesehen,
durch die die in der Mischstufe gebildete Zwischenfrequenz, wie bereits erwähnt,
eine besonders. charakteristische Änderung erfährt, um ein absolut unverwechselbares
Signal zu erhalten.
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An Hand des in Fig.2 wiedergegebenen ausführlicheren Schaltbildes
soll nun die Wirkungsweise der Anlage näher erläutert werden. Hierzu sei zunächst
festgestellt, daß im Ruhezustand, zweckmäßig in allen Stationen die Empfangseinrichtungen
an die Übertragungsleitung geschaltet sind, während die Sendeeinrichtungen abgetrennt
sind. Jeder der gleichzeitig in; dem gleichen Streckenabschnitt befindlichen Züge
bekommt bei seinem Eintritt in diesen Abschnitt einen bestimmten Nachrichtenkanal
zugeteilt. Dabei ist bei der Einstellung der Überlagerungseinrichtungen zusammenarbeitender
Lokomotiven auf den ihnen zugeteilten Kanal vorteilhaft von vornherein festgelegt.,
welche der beiden Lokomotiven die höhere und welche die tiefere Sende- bzw. Überl.agerungs.frequenz
einstellt.
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Es sei nun zunächst der Empfang von Nachrichten beschrieben. Die durch
die Hochfrequenz gebildeten Nachrichtenströme gelangen über die Fahrdrahtleitung
FL, den vor dem Leistungsschalter angeordneten Kopplungskondensator K und
den Umschaltko:ntakt
s auf das feste Hochfrequenzbandfilter (HF-BP).
Dieses Bandfilter kann wegen der auf der Übertragungsleitung auftretenden starken
Wellenwiderstandsschwankungen nicht an den Fahrleitungsw iderstand angepaßt werden.
Das Filter wird daher hochohmig ausgebildet, und zum Ausgleich der genannten Schwankungen
ist außerdem in den einen Eingangszweig des Filters ein Vorwiderstand R" eingeschaltet.
In der dem Bandpaß nachgeordneten Mischstufe (M -f- G) wird nun mit Hilfe
der in dem abstimmbaren Generator erzeugten Hochfrequenz, die um i kHz von der empfangenen
Frequenz abweicht, die feste Zwischenfrequenz von iooo Hz erzeugt. Wie aus der Schaltung
ersichtlich, ist die Generatorstufe mit der Mischstufe kombiniert. Die so gewonnene
Zwischenfrequenz wird, wie bereits oben beschrieben, in einem Niederfrequenzbandfilter
(NF-P) mit engem Durchlaßbereich gereinigt und über den Endverstärker VE dem Lautsprecher
L zugeführt. Das System der Endröhre enthält zusätzlich eine Diode., die-
in bekannter Weise dazu dient, den Pegel der empfangenen Nachrichtenströme möglichst
konstant zu halten, indem die Anodenspannung dieser Diode auf die Gitterspannung
der Mischröhre einwirkt. Außer der akustischen Zeichenwiedergabe kann auch noch
ein optisches Zeichen ausgelöst werden, wie überhaupt die Ausbildung der Zeichen-
und Kontrolleinrichtungen ohne weiteres den jeweils vorliegenden. Bedürfnissen angepaßt
werden kann.
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Will nun die Station selbst eine Nachricht aussenden, so wird die
Sendetaste T betätigt. Dadurch wird ein Umschaltrelais S erregt, das mit seinem
Kontakt s den Empfänger ab-und die Sendeeinrichtung an die Übertragungsleitung anschaltet.
Zur Kontrolle der Umschaltung wird durch einen weiteren Kontakt s' eine Kontrollampe
Lk eingeschaltet. Da der Generator sowie der Hochfrequenzverstärker VS ständig in
Betrieb sind, erfolgt 01
eichzeiti mit der Umlegung des Kontaktes s die Aussendung
d"r Hochfrequenz. Um feststellen zu können b tatsächlich Sendeenergie vorhanden
ist, kau: auf irgendeine bekannte Weise im Ausgangsreis der Senderöhre ein Kontrollorgan,
z. B. eine Kontrollampe, angeordnet werden.
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Da bei dem beschriebenen System für beide Verkehrsrichtungen der gleiche
Nachrichtenkanal verwendet wird, muß verhindert werden, daß gleichzeitig von beiden
miteinander verkehrenden Stationen aus gesendet wird, d. h. es müssen :Mittel vorgesehen
werden, die den Sender einer Station während des Empfangs von Nachrichten sperren.
Würde eine solche Sperreinrichtung nicht vorgesehen sein, so würde außer der durch
die Verwendung des gleichen Nachrichtenkanals bedingten Störung der zwischen den
zusammenarbeitenden Stationen auszutauschenden Nachrichten auch infolge des gleichzeitigen
Vorhandenseins der beiden zu einem Kanal gehörenden Hochfrequenzen auf der Übertragungsleitung
in sämtlichen übrigen Stationen die Zwischenfrequenz hörbar «-erden. Für solche
Sperreinrichtungen sind die verschiedenartigsten Lösungen möglich. Eine einfache
Lösung, die für den vorliegenden Fall besonders vorteilhaft ist, da sie in keiner
Weise in die Schaltungsanordnung des. Senders selbst eingreift, ist in Fig.2 dargestellt.
Im Ausgangskreis des Endverstärkers. ist über eine Hilfswicklung des. Ausgangsübertragers
und einen Gleichrichter ein Relais E angeschlossen, das bei Vorhandensein von Nachrichtenströmen
anspricht und mit seinem Kontakt e den Erregerstromkreis des Relais S unterbricht,
so daß eine Betätigung der Sendetaste T wirkungslos bleibt.
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Auf den Triebfahrzeugen wird die Sende-und Empfangsapparatur
vorzugsweise im Maschinen- und Apparateraum untergebracht. Da dieser Raum jedoch
bei unter Spannungstehen des Fahrzeugs nicht mehr betreten werden soll, ist es zweckmäßig,
die Umschaltung der Nachrichtenkanäle von den Führerständen aus durch eine Fernsteuerung
vorzunehmen. Diese kann z. B. elektrisch, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch
vorgenommen werden. Es werden daher im Führerstand der Lokomotiven lediglich der
Lautsprecher, die Sendetaste, Kontrollampen sowie der Wahlschalter zur Einstellung
der verschiedenen Nachrichtenkanäle angeordnet, und zwar zweckmäßig zu einer Einheit
zusammengebaut und an einer von dem Führer leicht übersehbaren und bedienbaren Stelle
des Führerstands montiert. Auf dem zuletzt genannten Wahlschalter sind für jeden
Nachrichtenkanal, der einer Verbindung mit einer zweiten Station des gleichen Zuges
dient, zwei Schalterstellungen vorgesehen, die äußerlich leicht zu unterscheiden
sind (z. B. durch farbige Kennzeichnung). Die eine Stellung ist dabei jeweils für
eine Zug-, die andere für eine Schublokomotive vorgesehen, so daß dem Führer einer
Lokomotive lediglich die Anr Weisung gegeben werden muß, welchen Kanal er einzustellen
hat. Je nachdem, ob seine Maschine Zug- oder Schubdienste leistet, wird dann der
Schalter auf die entsprechende Stellung des zugeordneten Kanals eingestellt und
damit die Sende- bz«-. Überlagerungsfrequenz festgelegt. Da die elektrischen loko-.
motiven meist zwei Führerstände besitzen, müssen die genannten Bedienungs- und Kontrolleinrichtungen
auch doppelt vorgesehen werden;. Um eine Betätigung von dem jeweils
unbenutzten
Führerstand aus zu verhindern, können Schaltmittel vorgesehen werden, die die Sendetaste
in diesem Führerstand sperren. Diese SperrschaItmittel können z. B. in Abhängigkeit
von der Stellung des Fahrtrichtungshebels des, Triebfahrzeugs zur Wirkung kommen.
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Das System gemäß der Erfindung gestattet aber auch ohne weitäres,
daß die beweglichen Stationen mit verschiedenen ortsfesten, an der Strecke liegenden
Stationen oder auch mit anderen beweglichen Stationen, z. B. einem zweiten, im Blockabstand
fahrenden Zuge in gleicher Weise wie mit ihrer beweglichen Gegenstation in Verbindung
treten. Zu diesem Zweck werden einige besondere Kanäle vOrgesehen, für die dann
auch auf dem Wahlschalter besonders bezeichnete Stellungen vorgesehen sind. Da es
in manchen Fällen vorkommen kann, daß die Sendefrequenzen der beiden zusammenarbeitendem
Stationen sich nicht lediglich durch die feste Zwischenfrequenz unterscheiden, kann
man auch an Stelle der fasten Hochfrequenzbandfilter umschaltbare selektive Hochfrequenzbandfrlter
verwenden. Desgleichen wird es in besonderen Fällen vorteilhaft sein,,
zu? Kennzeichnung verschiedener Nachrichten verschiedene Zwischenfrequenzen
zu verwenden.
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Das. oben beschriebene Nachrichtenübertragungssystem kann ohne weiteres,
nachträglich in jedes elektrische Triebfahrzeug eingebaut werden, dabei dem Einbau
keinerlei Eingriffe in die Starkstromkreise des Fahrzeugs, erforderlich sind.