-
Vorrichtung zur Zugschlußmeldung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Zugschlußmeldung mit beiderseits des Gleises angeordneten Einrichtungen (Streckenapparatur),
die durch eine an den Zug angehängte Einrichtung (Zugapparatur) miteinander gekoppelt
werden.
-
Man unterscheidet bei Vorrichtungen zur Übertragung von Signalen zwischen
Zug und Strecke zwischen Einrichtungen zur Zugbeeinflussung und sogenannten Zugschlußmeldern.
Es ist bereits eine große Anzahl dieser Einrichtungen bekannt, insbesondere solche,
die auf induktivem Wege arbeiten.
-
Die für Einrichtungen zur Zugbeeinflussung auf induktivem Wege erforderliche
Betriebssicherheit kann erfahrungsgemäß nur erreicht werden, wenn die Abstände zwischen
Sender bzw.- Empfänger und den Kopplungskreisen nicht größer als höchstens io bis
15 cm sind. Bei den bekannten Anordnungen zur Zugbeeinflussung auf induktivem Wege
sind deshalb Sender und Empfänger stets fest an: der Lokomotive oder einem Spezialwagen
angebracht.
-
Bei Zugschlußmeldern soll im Gegensatz dazu die Zugapparatur, d. h.
das »Schlußzeichen«, bequem bei allen vorkommenden Wagenarten angehängt und entfernt
werden können. Wegen der verschiedenen Wagenarten ist jedoch die Lage des Schlußzeichens
um mehr als io cm unbestimmt. Dazu kommen dann noch die bei einem nicht starr befestigten
Gegenstand unvermeidlichen Schwingungen.. Außerdem müssen Sender und Empfänger außerhalb
des Lichtraumprofils der Strecke und das Schlußzeichen innerhalb des Wagenprofils
angeordnet
sein. Bei Berücksichtigung dieser Bedingungen wird der
Abstand zwischen Schlußzeichen und Streckenapparatur etwa 50 cm. Auch wenn
das Schlußzeichen unterhalb der Puffer angeordnet wird, muß man mit einem Mindestabstand
von etwa 3c cm rechnen.. An der Größe dieser Entfernung und den durch die Metallwände
und Eiseninassen der Wagen bedingten Störungen ist bisher die praktische Ausführung
der Zugschlußmelder gescheitert. Die störenden Metallteile der Wagen kommen gewöhnlich
der Streckenapparatur erheblich näher als die Zugapparatur.
-
Es sind bereits Zugschlußmelder bekannt, die mit gerichteten. Zentimeter-
oder Dezimeterwellen arbeiten. Hierbei soll ein Richtstrahlsender den, getrennten
Richtempfänger nur durch Vermittlung eines auf dem Zuge befestigten Spiegels erreichen.
Da aber die Wagenwände oder Aufbauten am Wagen metallisch sind und ebenfalls reflektieren
und alle Einfallswinkel bei der Vorbeifahrt eines Zuges auftreten können, ist eine
Fehlbeeinflussung leicht möglich und die Sicherheit für die- gestellten hohen Anforderungen
nicht ausreichend.
-
Es ist auch bekannt, die Rückwirkung einer Zugapparatur auf einen
an der Strecke angeordneten Sender zur Signalgebung zu benutzen. Auch hier ist die
Störempfindlichkeit groß, weil irgendwelche Schwankungen im Oszillator, z. B. durch
Spannungsänderungen, eine Verstimmung des Sendekreises oder Änderungen seiner Impedanz
durch Metallteile des Zuges oder durch metallische Werkzeuge von Streckenarbeitern
genau dieselbe Wirkung haben können wie die beabsichtigte Beeinflussung durch die
Zugapparatur.
-
Es ist weiterhin eine Einrichtung zurr Zugschlußmeldung bekannt, bei
welcher die aus Sender und Empfänger bestehende Streckenapparatur beiderseits des
Gleises angeordnet ist. Die Zugapparatur besteht dabei aus zwei miteinander über
eine Verbindungsleitung gekoppelte Elektromagneten, die so angeordnet sind, daß
sie beim Vorbeifahren des Zuges etwa senkrecht über die außerhalb des Gleises am.
Boden angeordneten Gleismagneten hinwegstreichen. Es können dabei Mittel vorgesehen
sein, die ein Pendeln quer zur Fahrtrichtung verhindern und in der Fahrtrichtung
nur synchrones Pendeln gestatten. Die Magnete der Zugapparatur können einen Ferritkern
enthalten. Bei dieser bekannten Anordnung kann infolge der verschiedenen Pufferhöhen
der einzelnen Wagentypen der Abstand zwischen Gleismagneten und Zugapparatur stak
schwanken, wodurch die Betriebssicherheit leidet. Es ist außerdem der Wirkungsgrad
der Übertragung schlecht, da die Zugapparatur nicht abgestimmt ist.
-
Es ist an sich bekannt, eine induktive Übertragung durch Abstimmen
der empfangenden oder koppelnden Kreise auf die Sendefrequenz zu verbessern.
-
Durch die Erfindung soll eine Anlage zur Zugschlußmeldung geschaffen
werden, die gegenüber den bekannten Anlagen eine wesentlich höhere Betriebssicherheit
aufweist und verhältnismäßig lageunempfindlich ist, was bedeutet, daß sie auch bei
den in der Praxis vorkommenden Unterschieden in der Pufferhöhe der einzelnen Wagen,
an die die Zugapparatur angehängt wird, zufriedenstellen.d arbeitet. In gleicher
Weise werden auch Störungen, die infolge Durchfederns des die Zugapparatur tragenden
letzten Wagens auftreten können, vermieden.
-
Die Vorrichtung zur Zugschlußmeldung mit beiderseits der Gleise angeordneten
Einrichtungen (Streckenapparatur), die durch eine an den Zug angehängte Einrichtung
(Zugapparatur) miteinander gekoppelt werden, ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet
durch die Kombination folgender Merkmale: a) die Streckenapparatur besteht aus Sender
und einem auf die Sendefrequenz abgestimmten Empfänger; b) Sender und Empfänger
sind in solcher Höhe über dem Gleis angeordnet, daß die Zugapparatur in die Verbindungslinie
von Sender und Empfänger kommt; c) die Zugapparatur besteht aus einem auf die Sendefxequenz
abgestimmten Schwingkreis mit je einer Spule auf beiden Seiten des Zuges.
-
Durch die Anordnung von Sender, Empfänger und Zugapparatur in waagerechter
Richtung beeinflußt ein Durchfedern des Wagens oder eine Lageänderung durch verschiedene
Pufferhöhen die übertragene Energie wesentlich weniger.
-
Beim Vorbeifahren des Zuges an der Strecl@enapparatur tritt also eine
der beiden Spulen mit dem Sender und die andere-mit dem Empfänger in Wechselwirkung.
Die beiden Spulen sind über einen Kondensator elektrisch verbunden, so daß ein Resonanzkreis
entsteht, der auf dieselbe Frequenz wie der Oszillator und der Empfänger abgestimmt
ist. Die leitende Verbindung ist so. lang, daß der Abstand zwischen den beiden Spulen
bzw. zwischen Sender und Empfänger wesentlich größer ist als die Summe der Luftspalte
der Magnets_v steme.
-
Sämtliche aufeinander einwirkenden Spulen, sowohl die der Strecken-
als auch die der Zugapparatur, enthalten Kerne aus ferromagnetischem Material zur
Vergrößerung der magnetischen Induktion, wobei vorzugsweise die in den letzten Jahren
entwickelten Eisenoxyde (Ferrite) zur Anwendung kommen. Die Kerne haben die Form
von Stäben oder Röhren von etwa 3o cm Länge und mindestens einigen Quadratzentimetern
Querschnitt.
-
Wegen der durch die maximale Geschwindigkeit des Zuges festgelegten
Einwirkungsdauer der Apparaturen und ihrer nicht vernachlässigbaren Einschwingdauer
muß die Frequenz der angewendeten Schwingungen mindestens 5 kHz betragen, wenn man
die mit Ferriten mögliche Güte der Schwingungskreise voll ausnutzen will.
-
In Fig. z sind Sender und Empfänger auf entgegengesetzten Seiten des
Gleises, also in einem Abstand von etwa 3 m, angeordnet. W sei die Rückseite eines
Eisenbahnwagens, der sieh senkrecht zur Zeichenebene bewegt. An Seinen Puffern oder
den
Pufferhälsen ist die Apparatur SZ, das »Schlußzeichen«, befestigt,
welche aus einer Haltestange H für die an ihren Enden angebrachten Spulen L2 und
L3 besteht. T, und V2 sind die leitenden Verbindungen zwischen den Spulen L2 und
L3 und dem Kondensator C2. Die Haltestange wird vorzugsweise als Röhre ausgebildet,
in der die Zylinderspulen L2 und L3, die Verbindungen h, und h2 und der Kondensator
C2 untergebracht werden. Das Rohr kann entweder einheitlich aus Isoliermaterial
bestehen oder, wenn dafür Metall verwendet wird, müssen die Spulen zur Vermeidung
von Verlusten in Hartpapierzylinder eingebaut und getrennt an den Enden der Metallröhre
befestigt werden.
-
Fig. i hält den Moment fest, in dem sich die Rückseite des Wagens
und damit die Zugapparatur in einer Ebene mit der Gleisapparatur befindet. Diese
besteht aus dem Sender S mit der Spule LI und dem Empfänger E mit der Spule L4.
Im gezeichneten Zeitpunkt liegen die Sende- und die Empfängerspule, ebenso die Spulen
der Zugapparatur in einer Achse, so daß maximale Energieübertragung stattfindet.
Das magnetische Wechselfeld der Sendespule L1 wird durch einen Wechselstromgenerator
G bekannter Art erzeugt, z. B. durch einen Röhrengenerator mit festgelegter Frequenz
von etwa io kHz. Die Wechselspannung dieses Röhrengenerators wird über einen (nicht
gezeichneten) Ausgangstransformator und einen Abstimmkondensator Cl über ein Kabel
der Spule L1 zugeführt. Der Generator selbst kann also im Stationsgebäude oder der
Blockstelle untergebracht sein, in beliebiger Entfernung vom Sender S. Die Nutzenergie
des Generators beträgt wenige Watt.
-
Der in Fig. i auf der anderen Seite des Gleises angeordnete Empfänger
besteht wie der Sender aus einer Zylinderspule L4 und der Abstimmkapazität C2. Mit
der Spule L4 ist ein Gleichrichter GL, z. B. eine Germaniumdiode, gekoppelt, deren
Strom ein Relais R betätigt. Das Ansprechen dieses Relais wird über eine (nicht
gezeichnete) getrennte Leitung nach der Kontrollstelle übertragen oder über dieselbe
Leitung, die den Generator G mit dem Sender S verbindet.
-
Die ferromagnetischen Kerne der Spulen sollen für die verwendete Frequenz
minimale Verluste und eine möglichst große Permeabilität aufweisen, um über einen
Luftabstand von zweimal 3o bis 5o cm hinweg genügend Energie vom Sender S auf den
Empfänger E zu übertragen. Da die Länge der Sende- und der Empfängerspule etwa
30 cm beträgt, wird für die in Fig. i gezeichnete Anordnung, bei der Sender
und Empfänger in einem Abstand von etwa 3 m, also zehn Dipollängen, stehen, eine
verschwindend kleine Spannung übertragen,- solange das Schlußzeichen nicht eine
Kopplung zwischen Sender und Empfänger herstellt. Durch die räumliche Trennung von
Sender und Empfänger ist also in dieser Anordnung die direkte, störende Energieübertragung
vom Sender zum Empfänger auf einen im Verhältnis zum i'Vutzsignal kleinen Betrag
herabgesetzt. Die im Empfänger auftretende Nutzspannung beträgt das zehn- bis hundertfache
der Restspannung, sobald das Schlußzeichen in Wirkung tritt.
-
Alle Metallteile eines Zuges können die direkte, sehr kleine Energieübertragung
zwischen Sender und Empfänger nur herabsetzen. Auch falls etwa Eisenröhren oder,
-stangen in der Richtung Sender-Empfänger zu liegen kommen, bleibt die direkte Kopplung
vernachlüssigbar. Ersetzt man die abgestimmte Kopplungsschleife durch Ferritstäbe
von einigen Metern Länge, so bleibt auch in diesem Fall die über die Stäbe übertragene
Energie minimal.
-
Die Frequenz des Zugschlußmelders liegt zwischen 5 und 5o kHz. Die
obere Grenze ist. dabei durch die Wirbelstromverluste in den Kernen bedingt, welche
die Güte der Resonanzkreise herabsetzen. Die untere Grenze ist dadurch bestimmt,
daß innerhalb der Dauer der Durchfahrt der Zugapparatur der Resonanzkreis derselben
und der des Empfängers einschwingen :müssen und erst im eingeschwungenen Zustand
aller Kreise eine Nutzspannung zwischen Sender und Empfänger der Streckenapparatur
übertragen wird, die groß gegen die Restspannung ist. Dabei ist zu berücksichtigen,
daß die Einschwingdauer proportional mit dem Gütefaktor der Kreise anwächst. Alle
Einschwingvorgänge müssen in etwa 1/s. sec abgelaufen sein bei einer maximalen Zuggeschwindigkeit
von etwa 30 m/sec.
-
Um die Dauer der Einwirkung zwischen Sender und Empfänger zu verlängern,
können die Ab:messungen der Spulen vergrößert werden. Es ist aber wesentlich vorteilhafter,
die Dauer der Einwirkung dadurch zu vervielfachen, daß längs des Gleises zwei oder
drei Sendespulen und Empfängerspulen angebracht werden in Abständen von etwa der
doppelten Spulenlänge. Alle Sendespulen liegen in Serie und werden also gleichphasig
erregt, ebenso alle Empfängerspulen. Der Aufbau der Zugapparatur bleibt dabei unverändert.
-
Die in Fig. i gezeigte Spulenanordnung kann mit ähnlichem Wirkungsgrad
durch die Anordnung gemäß Fig.2 ersetzt werden. Hierbei liegen alle Spulen im Augenblick
größter Kopplung in einer Ebene und senkrecht zur Fahrtrichtung.
-
Das in Fig. i schematisch als elektromagnetisches Relais gezeichnete
Organ kann durch einen magnetischen Verstärker ersetzt werden, dessen Speisestrom
dem Sendekreis S entnommen wird, und dessen verstärktes und gleichgerichtetes Ausgangssignal
über eine eigene Leitung oder über die Speiseleitung des Senders zur Meldestelle
übertragen wird. Der finit der Sendefrequenz erregte magnetische Verstärker hat
eine genügend kleine Ansprechzeit.