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Eisenbahn-Signalanlage Auf dem Gebiet des Eisenbahnsignalwesens sind
Systeme zur dauernden oder sonstwie ausreichend verlängerten Signalübertragung auf
den fahrenden Zug bekannt.
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Solche Systeme stellen unzweifelhaft, als Idee, die Ideallösung des
Problems der Signalisation auf der Lokomotive dar und können eine bemerkenswerte
Steigerung an Sicherheit und Geschwindigkeit im Eisenbahnbetrieb herbeiführen.
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Jedoch haben diese Systeme bis heute keine weitgehende Anwendung gefunden,
weil die Wege, die man zur Ausführung dieser Apparate ersann, manchen grundsätzlichen
Einwänden hinsichtlich des Eisenbahnsignalwesens nicht standhielten und im ganzen
genommen außerordentlich teuer waren. Das Prinzip dieser Apparate beruht in der
Kodifizierung eines Signalwechselstroms, d. h. in seiner periodischen Unterbrechung
gemäß einem festgesetzten Rhythmus oder Kode.
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Die Einwände, die sich gegen diese Apparate erheben, sind in der Hauptsache
folgende: r.. daß sie Teile erfordern, die sich in fortwährender Schwingung befinden
(Stromunterbrecher, Schwingkontakte od. dgl.), um die Kodifizierung des Signalstroms
zu bestimmen, z. daß man zur Aufnahme der Kodeströme Hilfsrelais benötigt, deren
Anker in der Kodefrequenz schwingt, um deren Wiedergabe zu erhalten, 3. daß man
einen Strom und somit eine Zusatzapparatur für die Speisung der Gleishilfsrelais
benötigt, die bei Speisung durch die
periodisch unterbrochenen Kodeströrne
nicht regelmäßig würden arbeiten können.
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Derartige Schwierigkeiten scheinen dem Kodesvstem an sich anzuhaften,
und deshalb ist es besser, einen vollkommen andersartigen Gedanken aufzunehmen,
anstatt zu versuchen, die Apparate der Kodifizierung und Dekodifizierung zu vervollkommnen.
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Die Erfindung betrifft nun eine Signalanlage mit dauernder Signalübertragung
auf den fahrenden Zug, und zwar tritt hier an Stelle einer Kodifizierung eine Modulation
des Signalwechselstromes mit Strömen niedriger Frequenz; jedem einzelnen dieser
verschiedenen Frequenzströme entspricht nun eine besondere Signalanzeige.
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Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik kann man die modulierten
Ströme ohne jegliche bewegliche Teile erhalten, und zwar verwandeln sie sich in
einen Elementarwechselstrom von der Modulationsfrequenz, die auch für die Speisung
der Hilfsrelais genau passend ist.
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Der Erfindungsgegenstand ist in den Figuren beispielsweise erläutert.
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Fig. i stellt schematisch die Anlage auf dem Erdboden dar, Fig. 2
die Vorrichtung auf der Lokomotive; Fig. 3, 4, 5 stellen einen Frequenzverdoppler
bzw. einen Modulätor und einen Demodulator dar.
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Diese bilden die Grundapparate, die hauptsächlich in der Anlage Verwendung
finden.
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Obschon jene Apparate bekannt sind, sei eine kurze Beschreibung derselben
vorausgeschickt, ohne im übrigen damit die Erfindung auf eine Ausführung mit nur
diesen Mitteln begrenzen zu wollen; da die Erfindung auf völlig verschiedene und
auch bekannte Arten ausgeführt werden kann.
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Der auf Fig. 3 dargestellte Frequenzverdöppler besteht aus vier Kupferoxydgleichrichtern
5q., die auf den vier Zweigen einer Wheatstonebrücke angebracht sind.
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An die Anschlußklemmen 51, 52 der Primärspule des Transformators 53
führt man einen Wechselstrom von bestimmter Frequenz, der über die Sekundärspule
in einen Zweig der Brücke weitergeleitet wird. In dem anderen Zweig fließt ein Strom
durch die beiden in gleicher Richtung arbeitenden Halbwellengleichrichter. Im Kern
des Transformators 55 erhält man daher einen Impulsstrom und an den Klemmen 56,
57 einen Strom von einer doppelt so hohen Frequenz wie der bei 5 i, 52.
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Der in Fig. q. dargestellte Modulator ist der bekannte, im Fernsprechwesen
angewandte Ringmodulator.
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An. die Klemmen 76, 77 führt man den Strom mit der Trägerfrequenz
heran, an die Klemmen 66, 67 denjenigen mit der überlagernden Frequenz, an den Klemmen
7q., 75 erhält man dann den modulierten Strom.
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Solange man an die Klemmen 66; 67 des Modulators keine Spannung legt,
erhält man nur Strom von der Trägerfrequenz, wie er an die Klemmen 76, 77 angeschlossen
ist, der sich fortgesetzt in zwei gleiche und entgegengesetzte Ströme in den beiden
Hälften der Sekundärwicklung des Transformators 68 und der Primärwicklung des Transformators
73 aufteilt, wie durch einspitzige Pfeile angezeigt ist. Infolgedessen gibt es in
der Sekundärwicklung des Transformators 73 keinen Induktionsstrom.
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Schließt man den Modulationskreis, so, entwickelt sich in der Sekundärwicklung
des Transformators 68 eine Spannung, die zunächst nur in einer Richtung hereingeleitet
wird und die in jedem Augenblick mit der Trägerspannung gleichgerichtet ist, die
in einer Hälfte der Wicklung vorhanden ist, aber entgegengesetzt gerichtet zu der
Trägerspannung ist, die sich in der anderen Hälfte der Wicklung befindet.
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infolgedessen wird in einer Hälfte der Wicklung der Strom anwachsen,
in der anderen dagegen abnehmen, der Unterschied zwischen den beiden Strömen wird
fortwährend genau, mit den Werten der überlagernden Spannung übereinstimmen.
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In der Primärwicklung des Transformators 73 erhält man vollkommen
gleiche Stromschwankungen; mit Ausnahme der besonderen Anordnung der Gleichrichter
69, 70, 7i, 72 entsteht bei jedem Richtungswechsel des Trägerstroms
auch ein Richtungswechsel des Stroms in den Verbindungsleitungen zwischen der Sekundärwicklung
des Transformators 68 und der Primärwicklung des Transformators 73, wodurch man
dann endgültig an den Klemmen 74., 75 eine Induktionsspannung erhält, die, in ihrer
Höhe je nach den Schwankungen des überlagernden Stroms schwankt und die ihre Richtung
entsprechend der Frequenz des Trägerstroms wechselt: Der in Fig. 5 dargestellte
Demodulator ist genau so wie der in Fig. 3 dargestellte Frequenzverdoppler ausgebildet,
außer der Hinzufügung einer Sparwicklung 61 in der Austrittsleitung des Gleichrichters
62. An die Anschlußklemmen 58; 59 führt man den modulierten Strom heran, der in
einen Zweig des Gleichrichters 62 weitergeleitet wird, in dem anderen Zweig befinden
sich die beiden Halbwellengleichrichter mit gleichgerichteter Modulationsfrequenz.
Die Sparwicklung 61, von entsprechender Wertigkeit, gleicht die Stromwellen der
Trägerfrequenz derart aus, daß man in der Sekundärwicklung des Transformators 63
eine Wechselspannung von doppelt so hoher Frequenz wie die überlagernde Frequenz,
vermindert um die Trägerfrequenz, erhält.
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Die gesamte Signalvorrichtung sowohl auf dem Erdboden wie auf der
Lokomotive setzt sich lediglich aus diesen drei Grundelementen zusammen und ist
dementsprechend dauerhaft, einfach und sicher.
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In Fig. i sind drei Vorrichtungen auf dem Erdboden dargestellt, die
miteinander vollkommen übereinstimmen.
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i ist ein Wechselstromgenerator, der entweder in einem Gehäuse oder
in einer Station untergebracht ist und mittels der beiden Speiseleitungen 2, 3 einen
Wechselstrom von einer Frequenz in das Gleis schickt, die wir als Grundfrequenz
bezeichnen wolle"; ¢, 5, 6, 7, 8, 9 sind Frequenzverdoppler, wie sie in Fig. 3 beschrieben
und dargestellt sind; io sind
Modulatoren, wie in Fig. 4 dargestellt
und beschrieben; 14 sind Gleistransformatoren und 15 Gleisstromkreise; 11, 12, 13
sind Kontakte.
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Angenommen, daß beispielsweise der Wechselstromgenerator i einen Wechselstrom
von 2 Hz liefert, so erhält man in der Ausgangsleitung eines jeden der Frequenzverdoppler
4, 5, 6, 7, 8, 9 eine Frequenz von 4, 8, 16, 32, 64 128 Hz.
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Der 128periodige Strom wird dann Trägerstrom sein können, die Ströme
von 2, 4, 8 Perioden/Sek. (die 120 bzw. 24o, 480 Perioden/ Min. entsprechen) könnten
dann die! überlagernden Ströme sein.
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Am äußersten Ende eines jeden Gleisstromkreises befindet sich die
gesamte Empfangsapparatur, bestehend aus einem Transformator 17, einem Filter 18,
einem Demodulator i9, drei Resonanzelementen 20, 21, 22, drei Gleichrichtern 23,
24, 25 und drei mit Dauerstrom gespeisten Hilfsrelais 26, 27, 28.
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Bekanntlich erhält man bei Modulation eines Trägerstroms der Frequenz
F mit der eines Stroms mit der Frequenz f als Ergebnis drei Komponenten verschiedener
Frequenz, und zwar F, F + f, F- f.
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Jedoch müßte im Fall der beispielsweise angeführten Frequenzen der
Filter 18 die Frequenz über 128 + 8 und unter 128-8 Hz ausschließen.
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In der Austrittsleitung des Demodulators i9 hat man Wechselströme
von einer Frequenz, die doppelt so groß ist wie die Modulationsfrequenz, nämlich
4, 8, 16 Hz. Jedes der Resonanzelemente ist abgestimmt auf eine solche Frequenz.
Schließt man nun den einen oder anderen der Kontakte i 1, 12, 13, so wird eines
der Hilfsrelais 26, 27, 28 erregt, von denen jedes auf eine entsprechende Modulationsfrequenz
abgestimmt ist.
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Steuert man durch die Hilfsrelais 26, 27, 28 eines jeden Abschnittes
die Kontakte i i, 12, 13 des vorher befahrenen Gleisabschnittes, so kann man mittels
bekannter Maßnahmen Blocksysteme schaffen, die den verschiedenen Betriebsbedingungen
angepaßt sind.
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Die in Fig. 2 dargestellte Anlage auf der Lokomotive beruht auf dem
gleichen Demodulationsprinzip.
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29, 30 sind zwei an den Gleisen nach bekannten Methoden angebrachte
Wicklungen; 31 ist ein unperiodischer Verstärker; 32 ist ein Filter genau wie Filter
18; 33 ist ein Demodulator wie i9.
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Ist der Strom durch den Demodulator durchgegangen, so erhält man einen
Wechselstrom einer Frequenz von 4, 8, 16 Hz, der nach Durchgang durch die Verdoppler
34, 35, 36, 37. 38, 39, 4o auf die Frequenz von 502 bZw. 1004 und 2oo8 Hz
gebracht wird. Damit sind wir jetzt im Gebiet der akustischen Frequenzen angelangt.
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Eine im Stromkreis angebrachte elektrische Tonsignalröhre 41 gibt
von da ab (d. h. bei über 502,
7n04 und 2008 Hz) den einen oder anderen der
drei im Klang deutlich voneinander verschiedenen Dauertöne von sich, und zwar je
nach den Streckensignalen.
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Die Vorteile, die dieses System wahrer und wirklicher Tonsignalgebung
gegenüber der bei anderen Systemen angewandten einfachen akustischen Vorwarnung
bietet, bestehen in folgendem: i. Dieses System verwirklicht auch in der Tonsignalgebung
die Idee- der Nichtunterbrechung (Kontinuität) und des geschlossenen Stromkreises,
wodurch es unmöglich gemacht werden soll, daß irgendein Signalwechsel ohne eine
akustische Vormeldung geschieht und vom Lokomotivführer somit nicht rechtzeitig
bemerkt werden könnte. Eine solche unbedingte Garantie kann mit den durch Betätigung
einer unterbrochenen (diskontinuierlichen) Vormeldung betriebenen Systemen nicht
geboten werden. 2. Der Lokomotivführer kann sich, da er die verschiedenen Signale
und Signalwechsel immer mit den Augen verfolgen und erkennen kann, mit größerer
Aufmerksamkeit und Zuverlässigkeit der Beobachtung der Strecke widmen.
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42, 44, 46 sind Resonanzelemente genau wie 2o, 21, 22; 43, 45. 47
sind durch elekrischen Strom zum Aufleuchten gebrachte kleine Leuchtstofflampen,
die beispielsweise mit Neongas gefüllt sind. Solche Lampen haben bekanntlich eine
gut festsetzbare und genügend konstante An-Zündspannung und eine nur einige Volt
tiefer liegende Aus-Zündspannung.
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Durch günstige Regulierung des in die Lampen eingeschalteten Widerstandes
und der Gleichtonigkeits-(sintonia-)Verhältnisse der Stromkreise kann man erreichen,
daß die Spannung jedes Stromkreises für die Resonanzfrequenz weit über der Aus-An-Zündspannung
liegt, derart, daß sie die Anzündung der Lampe hervorrufen, während dagegen die
Spannung jedes Stromkreises für die anderen Frequenzen weit unterhalb der Aus-Zündspannung
bleibt und nicht die Anzündung der Lampe bestimmen kann.
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Deshalb wird jede Lampe nur durch die Resonanzfrequenz ihres Stromkreises
angezündet und eine den Streckensignalen entsprechende Anzeige hervorgerufen.
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Es werden somit also die Hilfsrelais auf der Lokomotive nicht benötigt,
die wegen der Erschütterungen, denen sie ausgesetzt sind, sich ziemlich schwierig
und unsicher anordnen lassen.
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48 ist ein Resonanzelement, bestehend aus Drehkondensator mit drei
von vornherein festgesetzten Einstellungen, die den Resonanzverhältnissen für die
Frequenzen von 502, 1004 und 2oo8 Hz entsprechen.
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49 ist ein Vallweggleiehrichter. 5o ist ein Hilfsrelais bekannter
Art mit Zeit- oder Entfernungsverzögerung.
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Jedesmal, wenn ein Signalwechsel stattfindet, muß der Lokomotivführer
den Drehkondensator in die Resonanzlage für die neue Frequenz umstellen. Wenn er
diesen Handgriff nicht in dem dafür vorgesehenen Zeit- oder Entfernungsabschnitt
ausführt, fällt das Hilfsrelais ab, wodurch es, je nach der Lage des Falles, entweder
eine Registrierung oder ein Alarmsignal oder ein Anziehen der Bremsen hervorruft.
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In dem Gleisstromkreis 15 stellt 16 (Fig. 1) eine besondere Anordnung
in einem kurzen Gleisabschnitt dar, die dazu bestimmt ist, das Signalsystem zu vervollständigen.
Zwischen
zwei Punkten jedes Gleises, die beispielsweise So m voneinander entfernt liegen,
wird eine Leitung von gleichem Widerstand wie der des Gleises abgezweigt und dicht
an das gegenüberliegende Gleis herangeführt, wie in der Zeichnung dargestellt. Angebracht
wird diese Leitung an dem Schienensteg des gleichen Gleises und gegen letzteres
entsprechend isoliert.
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In jedem Gleis und seiner daran angebrachten Leitung wird man jederzeit
zwei Ströme von gleicher Stärke haben, wie durch die Pfeile dargestellt ist, und
zwar derart, daß der Induktionseffekt dieses Gleisabschnittes in den Wicklungen
29 und 3o gleich Null ist.
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Infolgedessen wird der Lokomotivführer, wenn er einen mit diesem System
versehenen Gleisabschnitt passiert, eine kurze Unterbrechung der Ton- und Lichtsignale
bemerken.
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Verbindet man nun verschiedene Gleisabschnitte oder Gleisabschnittsgruppen,
in denen. kein Induktionsstrom vorhanden ist, miteinander, sä läßt sich eine Art
Kode herstellen, der dem Lokomotivführer das Vorhandensein oder Näherkommen von
Stellen besonderer Art auf der Strecke anzeigt, wie Signalstellen, Verlangsamungsstellen
od. dgl.
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Jede Unterbrechung der Signalzeichen auf der Lokomotivei muß sich
innerhalb der durch das Abfallen des Hilfsrelais 5o festgesetzten Zeit- oder Entfernungsgrenze
abspielen.