EP0958985A2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung von Betriebskenndaten von eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlagen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Überwachung von Betriebskenndaten von eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlagen Download PDF

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EP0958985A2
EP0958985A2 EP99890161A EP99890161A EP0958985A2 EP 0958985 A2 EP0958985 A2 EP 0958985A2 EP 99890161 A EP99890161 A EP 99890161A EP 99890161 A EP99890161 A EP 99890161A EP 0958985 A2 EP0958985 A2 EP 0958985A2
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EP
European Patent Office
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circuit
circuit arrangement
voltage
arrangement according
integrated
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EP99890161A
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EP0958985A3 (de
EP0958985B1 (de
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Gerhard Dipl.-Ing. Berliz
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Voestalpine Railway Systems GmbH
Original Assignee
Voestalpine VAE GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
    • B61L1/169—Diagnosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/20—Safety arrangements for preventing or indicating malfunction of the device, e.g. by leakage current, by lightning

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for Monitoring of operational characteristics of railway engineering Security alarm systems, such as Track vacancy detection systems, track circuit relays or axle counters with which measuring voltages tapped and evaluated via an electrical resistor become.
  • Track vacancy detection systems are used to monitor railway lines, to ensure safety when driving on.
  • a Measurement of the track circuit with such a system suitable for areas of application of around 1500 m monitoring distance.
  • training courses which the entering and leaving axes within a test section record by axle counter.
  • the measuring section be chosen accordingly larger.
  • the vehicle axles form the insulated section a low-resistance electrical shunt to Track relay, over which a secondary current flows.
  • the remaining one Electricity is reduced to a small remaining amount, whereby the track relay drops out and the track section as is reported busy.
  • the auxiliary voltage, the track voltage and due the formation of the track relay as a motor relay the phase shift essential.
  • One for every design Motor relays are very specific limit values of these Observe operating data so that the function is retained safely remains.
  • axle counting devices When using axle counting devices are usually defines a plurality of metering points, which are at least on Start and end of a defined section and in a meter located in a signal box. Points of delivery can be found from wheel sensors, rail contacts and an associated electronic junction box may be formed. Rail contacts can consist of transmitters and receivers, which are mounted opposite on the rail track. Training Such axle counters can also detect directions enable, the signals of different metering points or the Receiving coils of such counting devices as far as possible same branches are processed. Usually the measured voltages amplified, rectified and then to Control of a voltage / limit converter used. These converters deliver two basic frequencies when not in use.
  • Devices for monitoring track sections are, for example DE 36 34 696 A1, DE 44 05 039 A1, the CH 684 257 A5, DE 196 31 564 or DE 42 21 779 A1 remove.
  • AT 316 644 B shows a circuit arrangement in Axle counting systems described, which the functionality of Monitoring of counting points and responding when a certain one Malfunction, such as the failure of a voltage signal occured.
  • Monitoring devices of the known type mostly set additional sensors and additional facilities ahead so that in addition to the fact that errors are only recognized when they occur are not only increasing the design effort, but also the meaningfulness of such interference signals depends on the level of redundancy chosen.
  • the invention now aims at a circuit arrangement of the to create the type mentioned above, with which the surveillance of operational characteristics of railroad security alarm systems more conventional without impairing the safe functioning Security systems is guaranteed.
  • the circuit arrangement according to the invention aims at, too impermissible in the event of faults and defects in the circuit arrangement Signals safely from the railroad security alarm system to decouple, so that the tried and tested components of railway engineering Security systems through the additional Monitoring device will not be affected in any way.
  • a monitoring device separate from the security alarm system must be trained to ensure that also Defects in the monitoring device have no negative effects may have on the security alarm system.
  • the circuit arrangement according to the invention exists to achieve this object essentially in that the circuitry one input resistor symmetrically in each measuring line and a suppressor diode parallel to the tap resistor or contains a bidirectional Zener diode. Because the Circuitry symmetrically one in each measuring line Has input resistance, it is first ensured that Defects or short circuits in the subsequent monitoring device only via the input resistors to the security alarm system can react, whereby the voltage drop or the maximum current flowing through these input resistors in Short circuit at an uncritical level for the security alarm system can be held.
  • the training is advantageously taken so that the Tap resistance is designed as a voltage divider and in the sub-circuits capacitors for the formation of amplitude-limiting Has low passes.
  • the use of such Capacitors for switching off high-frequency interference signals implies the use of capacitors of low capacitance ahead. Voltage peaks become effective from bidirectional Z diodes or suppressor diodes suppressed.
  • the training is made in a particularly simple manner that the circuit arrangement is an integrated galvanic isolating circuit contains.
  • Such integrated isolating circuits can in a simple way as an instrument amplifier, as an isolation amplifier and be designed as a DC / DC converter, in particular the DC / DC converter part in the event of a defect in the Isolation circuit give rise to undesired interference voltages which could be effective from the suppressor diode or the bidirectional Zener diode can be eliminated.
  • spark gap arranged.
  • Such a spark gap can be designed so that when they are addressed causes the signal lines to melt, causing a defective one integrated isolating circuit in a galvanically perfect manner is separated from the input terminals of the monitoring device and thus a safety-related undesirable effect can be excluded.
  • a further improvement in security can be achieved through be that the integrated isolating circuit via series resistors connected to the voltage divider and the suppressor diode is, in the event of a short-term increase in current in defective Circuit parts of the monitoring device the current over these series resistances can be limited and otherwise with Safety from the suppressor diode or the bidirectional Zener diode can be derived.
  • a basic circuit arrangement is shown in the drawing, which is designed for different voltages.
  • the input terminals are labeled 1 and 2, respectively the input resistors are labeled R1 and R2. It is further a voltage divider consisting of the resistors R3 and R4 is provided, which acts as a tap resistance. Alternatively, when using other input terminals, the Resistor R5 is available as a tap resistor.
  • Capacitors C1 and C2 are located in the input circuit, which form a low pass for high-frequency interference.
  • a suppressor diode DS1 is connected in parallel with the tap resistor switched over which impermissible voltages or impermissible Currents are derived.
  • the signals pass through further input resistors R6 and R7, the input terminals 3 and 4 of the integrated circuit, which causes the galvanic isolation through a spark gap FST are bridged.
  • the integrated Circuit U1 becomes supply voltage via pins 10, 15 supplied, the supply voltage in the of the railway safety system in the galvanically isolated Part of the integrated circuit is supplied.
  • the galvanic Separation is indicated schematically with GT.
  • the resistors used in the voltage measuring module are are precision metal film resistors, for which defined Failure characteristics are available.
  • the safety design allows that such a resistance is extremely high resistance due to interruption or acts as galvanic isolation. A short circuit of such However, safety resistances are excluded. While the resistance value changes due to the safety design can increase is the decrease in the resistance value limited to a 10% reduction.
  • R1 or R2 disconnects this Voltage measuring module from the safety device and it can no more measured variables are recorded. Influencing the Security alarm system is not possible.
  • a reduction in the resistance values by the maximum permissible 10% with a safety design is also falsified only the measured value evaluation, but has the functionality the security system or the security system Impact.
  • the resistors R1 to R7 become cold, i.e. low power, operated so that only a slight heating of the resistors occur can.
  • the influence of changes and especially enlargements the heat resistance is at best through caused the ambient temperature and has due to the low implemented performance negligible effects.
  • the capacitors C1 and C2 form together with the input voltage part a low pass and serve to suppress unwanted Frequency components.
  • An interruption in the capacitor C1 or C2 would mean an increase in the cutoff frequency, what only the filter properties of the input circuit of the measuring module, but does not affect the function the safety system and no danger in the signaling Brings with it senses.
  • a short circuit caused by C1 means a bridging of the resistor R3. In this way there is a slight increase in the current taken from the test object Micro amp range. Influencing the function of the security system and the danger in the signaling sense occurs however, due to the input resistances R1 and R2 not one. The same applies to the short circuit caused by C2.
  • the electronic device includes the track vacancy detection system generator assemblies, bandpass assemblies with power supply, trigger amplifier modules and Pulse shaping assemblies, especially with digital delay.
  • Frequency generators feed the transmitter coils of the rail contact.
  • the alternating fields generated are in associated receiving coils depending on the strength of the coupling different voltages induce.
  • the induced voltages which are amplified and then rectified, each control astable Multivibrators. If the rail contacts are not used, the given two nominal frequencies, the generated square wave voltages the applied control voltages and so with the Receiving voltages are proportional.
  • the receive voltage rises or falls increased or decreased when running through a wheel the frequency accordingly.
  • This mode of operation shows that when not in use Counting point at the terminals of the receiving voltage a certain one Quiescent voltage is present, which determines a first nominal frequency.
  • This nominal frequency is in the pass band's pass band, so that at its output the AC voltage with the nominal frequency occurs with an amplitude after gain and rectification provides a relaxation value that is above the switching threshold of the Schmitt trigger.
  • This voltage rise now controls the astable multivibrators such that there is an increase in frequency is coming. If this frequency is now the pass band of the Leaving bandpass filter, the AC amplitude becomes strong subdued. The resulting drop in voltage at the input of the Schmitt-Triggers finally leads to the positive edge of the Axle counting pulse.
  • a fault in the integrated circuit causes the input terminals to fail of the IC to output terminals and the component itself to the generator, the voltages with any amplitudes, frequencies and generated phase and its signals over the passive input voltage divider in the respective signal system be fed.
  • Limiting the amount of such Incorrect voltage, which may be caused by a faulty voltage measuring module can be fed in takes place through the spark gap, on the circuit board of the voltage measuring module between arranged the signal input pins of the integrated component is.
  • this spark gap is the maximum possible voltage that a faulty voltage measuring module can generate, limits and remains improper adjusted metering point without impairment of function and therefore without any risk in terms of signaling safety.
  • An equivalent failure of a second voltage measurement module leads to such a malfunction of a voltage measurement module revealed before further failures of components of the second voltage measuring module to one equivalent malfunction.
  • the limit value for the failure disclosure time is always well above the time limits, specified by the manufacturer for metering points. Of the Failure of a voltage measuring module is thus revealed before equivalent failure of the second voltage measurement module occur can. Even in the most physically of a defective assembly limit voltage that can be achieved as an active component can be a Free registration does not take place, so also taking into account the most unlikely sources of error a defective IC in the worst case, no danger to the signaling Can bring security.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von Betriebskenndaten von eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlagen, wie z.B. Gleisfreimeldeanlagen, Gleisstromkreisrelais oder Achszählern, mit welcher Meßspannungen über einen elektrischen Widerstand abgegriffen und ausgewertet werden, wobei die Schaltungsanordnungen in jeder Meßleitung symmetrisch je einen Eingangswiderstand (R1,R2) und parallel zum Abgriffswiderstand eine Suppressordiode bzw. eine bidirektionale Z-Diode (DS1) enthält.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von Betriebskenndaten von eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlagen, wie z.B. Gleisfreimeldeanlagen, Gleisstromkreisrelais oder Achszählern, mit welcher Meßspannungen über einen elektrischen Widerstand abgegriffen und ausgewertet werden.
Gleisfreimeldeanlagen dienen der Überwachung von Bahnstrecken, um die Sicherheit bei der Befahrung zu gewährleisten. Prinzipiell sind zwei verschiedene Ausbildungen derartiger Anlagen verbreitet. In einer ersten derartigen Anlage erfolgt eine Meßung des Gleisstromkreises, wobei sich eine derartige Anlage für Einsatzbereiche von etwa 1500 m Überwachungsstrecke eignen. Alternativ existieren eine Reihe von Ausbildungen, welche die einfahrenden und ausfahrenden Achsen innerhalb einer Prüfstrecke durch Achszähler erfassen. In diesem zweiten Fall kann die Meßstrecke entsprechend größer gewählt werden.
Bei Gleisstromkreismessungen wird ein bestimmter Schienenabschnitt durch Isolierstöße begrenzt und die gegeneinander isolierten Schienen von den anschließenden Gleisabschnitten elektrisch getrennt. Es wird eine Speisespannung ständig angelegt, wobei diese Speisespannung in dem aus Dämpfungswiderstand, Isolierabschnitt und einem Gleisrelais bestehenden Freimeldestromkreis einen Speisestrom antreibt. Da die Isolation von Schienen durch Fremdeinflüsse, wie Witterung od.dgl., nur unvollkommen gelingt, fließen üblicherweise mehr oder minder hohe Leckströme, wodurch die Länge der zu überwachenden Strecke begrenzt ist. Der durch derartige Isolationsmängel fließende Ableitungsstrom kann durch die Schwellen und die Bettung abfließen, wodurch der Ruhestrom entsprechend verkleinert wird. Dieser Ruhestrom muß jedoch jedenfalls dafür ausreichen, um das Gleisrelais in angezogener Stellung zu halten. Wenn nun ein Fahrzeug in den isolierten Abschnitt einfährt, bilden die Fahrzeugachsen einen niederohmigen elektrischen Nebenschluß zum Gleisrelais, über welchen ein Nebenstrom fließt. Der verbleibende Strom wird bis auf einen kleinen Restbetrag verringert, wodurch das Gleisrelais abfällt und der Gleisabschnitt als besetzt gemeldet wird. Für das sichere Schalten des Motorrelais sind hiebei die Hilfsspannung, die Gleisspannung und aufgrund der Ausbildung des Gleisrelais als Motorrelais die Phasenverschiebung von wesentlicher Bedeutung. Für jede Bauweise eines Motorrelais sind ganz bestimmte Grenzwerte dieser genannten Betriebsdaten einzuhalten, damit die Funktion sicher erhalten bleibt.
Bei der Verwendung von Achszähleinrichtungen werden in der Regel eine Mehrzahl von Zählpunkten definiert, die sich zumindest am Beginn und am Ende eines definierten Abschnittes befinden und in einem in einem Stellwerk befindlichen Zähler ausgewertet werden. Zählpunkte können hiebei von Radsensoren, Schienenkontakten und einem zugehörigen elektronischen Anschlußkasten gebildet sein. Schienenkontakte können aus Sender und Empfangsgeräten bestehen, die gegenüberliegend am Schienenstrang montiert sind. Die Ausbildung derartiger Achszähler kann auch eine Richtungserkennung ermöglichen, wobei die Signale verschiedener Zählpunkte bzw. der Empfangsspulen derartiger Zähleinrichtungen in weitestgehend gleichen Zweigen verarbeitet werden. Üblicherweise werden die gemessenen Spannungen verstärkt, gleichgerichtet und danach zur Steuerung eines Spannungs-/Grenzwandlers benutzt. Diese Wandler liefern bei nichtbefahrener Anordnung zwei Grundfrequenzen. Nach Weiterverarbeitung dieser Frequenzen in einem elektronischen Anschlußkasten mittels Trigger- und Impulsformerbaugruppen stehen dann zwei Zählimpulse auf getrennten Zähladern und ein weiterer Impuls auf einer Überwachader zur Ansteuerung eines Motorzählwerkes zur Verfügung. Bei diesen Einrichtungen kann die in einem bestimmten Abschnitt einfahrende Anzahl von ein- bzw. ausfahrenden Achsen ermittelt werden und ein Abschnitt als frei gemeldet werden, wenn zwischen der Zahl der eingefahrenen und der Zahl der ausgefahrenen Achsen Übereinstimmung besteht. Wenn die beiden Zählerstände nicht übereinstimmen, bedeutet dies eine Besetztmeldung des Abschnittes, wobei aus sicherheitstechnischen Gründen eine Besetztmeldung des Abschnittes auch dann erfolgen muß, wenn irgendein Impulsgeber der Zählstelle betätigt wird, aber keine Ein- und Auszählung zu Stande kommt.
Mit immer höher werdenden Fahrgeschwindigkeiten und höheren Achslasten sowie einer ständig steigenden Zugdichte ist eine bedarfsorientierte Instandhaltung nicht mehr ausreichend und es scheint erstrebenswert mittels einer Trenderkennung eine vorbeugende Ferndiagnose und damit eine vorbeugende Instandhaltung zu ermöglichen.
Die bisher bekannten Überwachungseinrichtungen, mit welchen zusätzlich zur Meldeanlage Fehlzustände diagnostiziert werden sollen, lassen Aussagen immer erst dann zu, wenn der Fehler bereits aufgetreten ist.
Einrichtungen zur Überwachung von Gleisabschnitten sind beispielsweise der DE 36 34 696 A1, der DE 44 05 039 A1, der CH 684 257 A5, der DE 196 31 564 oder der DE 42 21 779 A1 zu entnehmen. In der AT 316 644 B ist eine Schaltungsanordnung in Achszählanlagen beschrieben, welche die Funktionsfähigkeit von Zählstellen überwacht und dann anspricht, wenn eine bestimmte Störung, wie beispielsweise der Ausfall eines Spannungssignales aufgetreten ist.
Überwachungseinrichtungen der bekannten Art setzen zumeist zusätzliche Sensoren und zusätzliche Einrichtungen voraus, sodaß neben dem Umstand, daß Fehler erst erkannt werden, wenn sie aufgetreten sind, nicht nur der konstruktive Aufwand erhöht wird, sondern darüberhinaus auch die Aussagekraft derartiger Störsignale vom Ausmaß der gewählten Redundanz abhängt.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher die Überwachung von Betriebskenndaten von eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlagen ohne Beeinträchtigung der sicheren Funktion konventioneller Sicherheitsmeldeanlagen gewährleistet ist. Insbesondere zielt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung darauf ab, auch bei Störungen und Defekten der Schaltungsanordnung unzulässige Signale sicher von der eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlage zu entkoppeln, sodaß die erprobten Bauteile von eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlagen durch die zusätzliche Überwachungseinrichtung in keiner Weise beeinträchtigt werden. Neben dem Umstand, daß eine derartige Überwachungseinrichtung somit signaltechnisch gesondert von der Sicherheitsmeldeanlage ausgebildet sein muß, soll somit sichergestellt werden, daß auch Defekte der Überwachungseinrichtung keine negativen Auswirkungen auf die Sicherheitsmeldeanlage haben können.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im wesentlichen darin, daß die Schaltungsanordnungen in jeder Meßleitung symmetrisch je einen Eingangswiderstand und parallel zum Abgriffswiderstand eine Suppressordiode bzw. eine bidirektionale Z-Diode enthält. Dadurch, daß die Schaltungsanordnung in jeder Meßleitung symmetrisch je einen Eingangswiderstand aufweist, wird zunächst sichergestellt, daß Defekte bzw. Kurzschlüsse in der anschließenden Überwachungseinrichtung nur über die Eingangswiderstände auf die Sicherheitsmeldeanlage rückwirken können, wobei der Spannungsabfall bzw. der über diese Eingangswiderstände maximal fließende Strom im Kurzschluß auf einer unkritischen Höhe für die Sicherheitsmeldeanlage gehalten werden kann. Wenn diese Eingangswiderstände in einer Sicherheitsausführung eingesetzt werden, können sie auch bei einem Defekt ihren Widerstandswert nicht beliebig verringern, da die Sicherheitsbauweise die maximale Verringerung derartiger Eingangswiderstände im Defektfalle begrenzt. Wenn ein Kontaktfehler vorliegt, hat dies lediglich einen Einfluß auf die Messungen der Überwachungseinrichtung, da keine meßbaren Signale mehr zur Verfügung stehen. Da die Überwachungseinrichtung selbst elektronische Bauteile enthält, welche bei unterschiedlichem Defekt theoretisch das Auftreten von Überspannungen zur Folge haben könnte, ist parallel zum Abgriffswiderstand eine Suppressor- bzw. eine bidirektionale Z-Diode vorgesehen, welche die maximal wirksame fremdgenerierte Spannung unschädlich macht, wobei resultierende Ströme nicht an die Gleisfreimeldeanlage rückgeführt werden. Eine Suppressordiode schließt in derartigen Grenzfällen den Stromkreis kurz, sodaß die Summe der Eingangswiderstände als maximale und zulässige Beeinträchtigung der Sicherheitsmeldeanlage verbleibt.
Mit Vorteil ist die Ausbildung hiebei so getroffen, daß der Abgriffswiderstand als Spannungsteiler ausgebildet ist und in den Teilkreisen Kondensatoren zur Ausbildung von amplitudenbegrenzenden Tiefpässen aufweist. Die Verwendung derartiger Kondensatoren zur Ausschaltung von hochfrequenten Störsignalen setzt die Verwendung von Kondensatoren geringer Kapazität voraus. Spannungsspitzen werden wirkungsvoll von bidirektionalen Z-Dioden bzw. Suppressordioden unterdrückt.
In besonders einfacher Weise ist die Ausbildung so getroffen, daß die Schaltungsanordnung eine integrierte galvanische Trennschaltung enthält. Derartige integrierte Trennschaltungen können in einfacher Weise als Instrumentenverstärker, als Isolationsverstärker und als DC/DC-Wandler ausgebildet sein, wobei insbesondere der DC/DC-Wandlerteil im Falle eines Defektes in der Trennschaltung zu unerwünschten Störspannungen Anlaß geben könnte, welche wirkungsvoll von der Suppressordiode bzw. der bidirektionalen Z-Diode eliminiert werden.
Um bei besonders atypischen Defekten des integrierten Schaltkreises jegliche weitere Beeinflussung der eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlage mit Sicherheit zu unterdrücken, ist mit Vorteil parallel zum Eingang der integrierten Trennschaltung eine Funkenstrecke angeordnet. Einen derartige Funkenstrecke kann hiebei so ausgebildet sein, daß sie bei ihrem Ansprechen die Signalleitungen zum Durchschmelzen bringt, sodaß eine defekte intergrierte Trennschaltung in galvanisch einwandfreier Weise von den Eingangsklemmen der Überwachungseinrichtung getrennt ist und somit eine sicherheitstechnisch unerwünschte Rückwirkung ausgeschlossen werden kann.
Eine weitere Verbesserung der Sicherheit kann durch erzielt werden, daß die integrierte Trennschaltung über Serienwiderstände mit dem Spannungsteiler und der Suppressordiode verbunden ist, wobei im Falle eines kurzfristigen Stromanstieges in defekten Schaltungsteilen der Überwachungseinrichtung der Strom über diese Serienwiderstände begrenzt werden kann und im übrigen mit Sicherheit von der Suppressordiode bzw. der bidirektionalen Z-Diode abgeleitet werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen theoretisch denkbaren Störfälle analysiert werden und dargelegt wird, warum derartige Störfälle keinen Einfluß auf die sichere Funktion der eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlage ausüben können.
In der Zeichnung ist eine prinzipielle Schaltungsanordnung dargestellt, welche für unterschiedliche Spannungen ausgelegt ist. Die Eingangsklemmen sind jeweils mit 1 und 2 bezeichnet, wobei die Eingangswiderstände mit R1 und R2 bezeichnet sind. Es ist weiters ein Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R3 und R4 vorgesehen, welcher als Abgriffswiderstand wirksam wird. Alternativ kann bei Verwendung anderer Eingangsklemmen der Widerstand R5 als Abgriffswiderstand zur Verfügung stehen.
Im Eingangsschaltkreis finden sich Kondensatoren C1 und C2, welche einen Tiefpaß für hochfrequente Störungen ausbilden. Parallel zum Abgriffswiderstand ist eine Suppressordiode DS1 geschaltet, über welche unzulässige Spannungen bzw. unzulässige Ströme abgeleitet werden. An die integrierte Schaltung U1 gelangen die Signale über weitere Eingangswiderstände R6 und R7, wobei die Eingangsklemmen 3 und 4 der intergrierten Schaltung, welche die galvanische Trennung bewirkt, durch einen Funkenstrecke FST überbrückt sind.
An den Pins der integrierten Schaltung liegen eine Reihe weiterer Kondensatoren, wobei das galvanisch getrennte Signal an den Ausgangspins 13 und 14 abgegriffen werden kann. Der integrierten Schaltung U1 wird Versorgungsspannung über die Pins 10, 15 zugeführt, wobei die Versorgungsspannung in dem von der eisenbahntechnischen Sicherungsanlage im galvanisch getrennten Teil der integrierten Schaltung zugeführt wird. Die galvanische Trennung ist schematisch mit GT angedeutet.
Bei den im Spannungsmeßmodul verwendeten Widerständen handelt es sich um Präzisionsmetallschichtwiderstände, für welche definierte Ausfallkenndaten vorliegen. Die Sicherheitsbauweise läßt zu, daß ein derartiger Widerstand durch Unterbrechung extrem hochohmig bzw. als galvanische Trennung wirkt. Ein Kurzschluß derartiger Sicherheitswiderstände ist jedoch ausgeschlossen. Während der Widerstandswert sich aufgrund der Sicherheitsbauweise prinzipiell vergrößern kann, ist die Verkleinerung des Widerstandswertes auf eine Verringerung um 10 % begrenzt.
Im einzelnen ergeben sich nun folgende theoretische Störungszustände:
Eine Unterbrechung verursacht durch R1 oder R2 trennt das Spannungsmeßmodul von der Sicherheitseinrichtung und es können keinen Meßgrößen mehr erfaßt werden. Eine Beeinflussung der Sicherheitsmeldeanlage ist nicht möglich.
Eine Unterbrechung verursacht durch R3 oder R4 unterbindet den Stromfluß durch R3 und R4, sodaß es zu einem Spannungsanstieg an den Kondensatoren C1 und C2 kommen kann. Wenn der Spannungsanstieg groß genug ist, bewirkt dieser Spannungsanstieg das Ansprechen der Suppressordiode DS1, die dadurch die Spannung am Eingang des Isolationsverstärkers auf einen unschädlichen Wert begrenzt. Der Ableitstrom durch die Suppressordiode und damit der der Sicherungsanlage entnommene Strom wird durch die Widerstände R1 und R2 begrenzt und liegt im Bereich von einigen Mikroampere. Prinzipiell führt eine derartige Störung somit zur Messung falscher Spannungsmeßwerte und damit zu falschen Diagnosedaten, die aber die Funktionsweise der Sicherheitsanlage bzw. die Sicherheit im signaltechnischen Sinne nicht beeinträchtigen.
Eine Unterbrechung verursacht durch einen defekten Widerstand R6 oder R7 führt lediglich zu einer Abtrennung der Meßwerterfassungseinrichtung. Es stehen keine Meßwerte für die Weiterverarbeitung zur Verfügung, womit die Funktionsweise der Sicherungsanlage bzw. die Sicherheit im signaltechnischen Sinne unbeeinflußt bleibt.
Ein Kurzschluß hat aufgrund der Verwendung von Sicherheitsbauformen im Bereich der genannten Widerstände keine Wahrscheinlichkeit. Die Widerstände R3 und R4 müssen nicht unbedingt in Sicherheitsbauformen eingesetzt werden, da ein Kurzschluß durch R3 eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses zur Folge hat und damit lediglich die Spannung an den Eingangsklemmen des ICs sinkt. Es werden somit zwar falsche Spannungsmeßwerte der Diagnoseeinrichtung übermittelt. Die Funktionsweise der Sicherungsanlage bzw. die Sicherheit im signaltechnischen Sinne bleibt unbeeinflußt. Auch eine Vergrößerung einzelner Widerstandswerte führt bestenfalls zu einer Veränderung des Übersetzungsverhältnisses und verfälscht die Messung der Meßgrößen. Die Sicherheit der Anlage wird dadurch nicht gefährdet.
Eine Verkleinerung der Widerstandswerte um die maximal zulässigen 10 % bei einer Sicherheitsbauform verfälscht gleichfalls lediglich die Meßwertauswertung, hat jedoch auf die Funktionsweise der Sicherungsanlage bzw. der Sicherheitsmeldeanlage keine Auswirkung.
Ein Wackelkontakt einzelner Widerstände beeinträchtigt zwar die Meßwerterfassung, bleibt aber ohne Auswirkung auf die Sicherungsanlage.
Analoges gilt für intermetierenden Schluß für den Fall, daß für die Widerstände R4 und R5 keine Sicherheitsbauformen verwendet werden.
Die Oberflächenisolation muß naturgemäß bei der Planung des Layouts entsprechend berücksichtigt werden und es muß Raum geschaffen werden, welcher um die Widerstände freigehalten wird. Es dürfen somit keine Leiterbahnen unter den Widerstandskörpern durchlaufen und auch keine anderen Bauteile sich in unmittelbarer Umgebung befinden, sodaß selbst bei defekter Oberflächenisolation einzelner Widerstände keine Beeinträchtigung der Sicherheitsanlage entstehen können.
Die Widerstände R1 bis R7 werden kalt, d.h. leistungsarm, betrieben, sodaß nur eine geringe Erwärmung der Widerstände auftreten kann. Der Einfluß von Veränderungen und insbesondere Vergrößerungen des Wärmewiderstandes ist somit bestenfalls durch die Umgebungstemperatur verursacht und hat aufgrund der geringen umgesetzten Leistung vernachlässigbare Wirkungen.
Die Kondensatoren C1 und C2 bilden zusammen mit dem Eingangsspannungsteil einen Tiefpaß und dienen der Unterdrückung unerwünschter Frequenzanteile. Eine Unterbrechung des Kondensators C1 oder C2 würde eine Erhöhung der Grenzfrequenz bedeuten, was sich lediglich auf die Filtereigenschaften der Eingangsschaltung des Meßmodules auswirkt, jedoch keine Beeinflussung der Funktion der Sicherheitsanlage und keine Gefährdung im signaltechnischen Sinne mit sich bringt.
Ein Kurzschluß verursacht durch C1 bedeutet eine Überbrückung des Widerstandes R3. Auf diese Weise ergibt sich zwar eine geringfügige Erhöhung des dem Meßobjekt entnommenen Stromes im Mikroamperebereich. Die Beeinflussung der Funktion der Sicherungsanlage und die Gefährdung im signaltechnischen Sinne tritt jedoch aufgrund der Eingangswiderstände R1 und R2 nicht ein. Analoges gilt für den Kurzschluß verursacht durch C2.
Wenn die Kapazitäten von C1 oder C2 ansteigen, so führt dies lediglich zu einer Veränderung der Filtercharakteristik, ohne eine Auswirkung auf die Sicherungsanlage.
Eine Verkleinerung der Kapazitäten C1 oder C2 führt zu einer Veränderung der Filtercharakteristik ohne Auswirkung auf die Sicherungsanlage.
Änderungen des Isolationswiderstandes oder des Verlustfaktors werden erst bei höheren Frequenzen relevant, bei welchen durch die entstehenden dielektrischen Verluste Eigenerwärmungen möglich sind. Eine Änderung bei C1 bzw. C2 könnte aber nur die Meßgenauigkeit beeinträchtigen und bleibt für die Funktionsweise der Sicherungsanlage ohne Belang.
Aufgrund der kleinen Kapazitätswerte kann nur geringe elektrische Energie gespeichert werden, deren Freiwerden keine Auswirkung auf Meßmodul bzw. Sicherheitsanlage hat.
Ein Wackelkontakt verursacht durch C1 oder durch C2 verursacht eine entsprechende zeitlich Änderung der Übertragungseigenschaften der Eingangsschaltung, welche die Meßwertauswertung verfälscht, aber keine Auswirkung auf die Sicherungsanlage hat.
Auch intermittierende Schlüsse verursacht durch C1 oder C2 führen lediglich zu einem zeitlich sich ändernden Übersetzungsverhältnis des Eingangsspannungsteilers, welcher die Meßwertauswertung verfälscht, aber keine Auswirkung auf die Sicherungsanlage hat.
Für Suppressordioden sind Ausfallisten nicht bekannt. Für Z-Dioden existieren derartige Ausfallisten. Da sich eine Suppressordiode wie eine bidirektionale Hochleistungs-Zehner-Diode mit sehr kurzer Ansprechzeit und hoher Ableitfähigkeit verhält, gelten die Ausfallisten für Z-Dioden. Die Aufgabe der Suppressordiode bei Betrachtung der Auswerteschaltung als passiven Bauteil dient weitestgehend dem Schutz des Eingangs des ICs. Eine Unterbrechung durch DS1 hat keine Auswirkung auf die Funktionsweise des Meßmodules. Lediglich der Eingangsschutz muß in diesem Falle durch die interne Schutzstruktur des ICs selbst übernommen werden. Eine Unterbrechung durch DS1 hat prinzipiell keine Auswirkung auf die Funktionsweise der Sicherungsanlage, solange die Meßeinrichtung als passiver Bauteil wirkt. Ein Kurzschluß verursacht durch DS1 bewirkt, daß keine Meßgrößen zur Verarbeitung aufgenommen werden können.
Bei der Betrachtung des Spannungsmeßmodules als aktive Funktionseinheit gelten zusätzliche Überlegungen.
Wie oben dargelegt bleiben Einzelausfälle der passiven Bauteile des Spannungsmeßmodules ungefährlich. Eine Gefährdung der signaltechnischen Sicherheit der Sicherungsanlage kann somit offensichtlich nur auftreten, wenn der Meßgrößenabgriff durch einen Fehlerfall zu einer aktiven Funktionsgruppe wird, d.h. wenn anstelle eines passiven Spannungsabgriffes eine Spannungsquelle eingespeist wird, welche die ordnungsgemäße Funktion der Sicherheitsanlage beeinträchtigen könnte. Ob dies überhaupt möglich ist, hängt vom Ausfallverhalten des integrierten Bausteines ab. Über das Ausfallverhalten dieses Bauteiles können aber keine definitiven Aussagen gemacht werden und es kann daher für die Frage der Rückwirkungsfreiheit nur der jeweils schlechteste Fall angenommen werden, welcher einem Mehrfachausfall von Bauelementen entspricht.
Die Auswirkung derartiger Mehrfachausfälle hängt naturgemäß auch von der korrekten Funktion der Elemente der Gleisfreimeldeanlage ab. Bei Verwendung von Zählpunkten umfaßt die elektronische Einrichtung der Gleisfreimeldeanlage Generatorbaugruppen, Bandpaßbaugruppen mit Stromversorgung, Triggerverstärkerbaugruppen und Impulsformerbaugruppen, insbesondere mit digitaler Verzögerung.
Frequenzgeneratoren speisen die Senderspulen des Schienenkontaktes. Die erzeugten Wechselfelder werden in zugehörigen Empfangsspulen je nach Stärke der Kopplung verschieden hohe Spannungen induzieren. Die induzierten Spannungen, welche verstärkt und danach gleichgerichtet werden, steuern jeweils astabile Multivibratoren. Bei unbefahrenen Schienenkontakten werden die beiden Nennfrequenzen abgegeben, wobei die erzeugten Rechteckspannungen den angelegten Steuerspannungen und so mit den Empfangsspannungen proportional sind. Steigt bzw. sinkt die Empfangsspannung bei Durchlauf eines Rades so erhöht bzw. verringert sich die Frequenz entsprechend.
Den astabilen Multivibratoren der Generatorbaugruppe folgen Bandpaßfilter, deren jeweilige Durchlaßbereiche jeweils so gestaltet sind, daß sie Frequenzen, welche den Nennfrequenzen entsprechen, durchlassen. Jede von diesen Nennfrequenzen abweichende Frequenz wird stark bedämpft. In den Triggerverstärkerbaugruppen erfolgt eine kanalweise Verstärkung der Wechselspannungsausgangssignale der beiden Bandpässe, welche gleichgerichtet werden. Es sind weiters Schmitt-Trigger vorgesehen, welche Rechteckimpulse als Ausgangssignale liefern, deren Dauer befahrungsabhängig ist und deren zeitliche Zuordnung dem Versatz der beiden Spulensysteme im Schienenkontakt entspricht. Auf dieser Baugruppe wird über Dioden aus den Ausgangssignalen des Schmitt-Triggers das Überwachungssignal gewonnen. Die beiden Ausgangssignale der Schmitt-Trigger und das Überwachungssignal werden dann in einer Impulsformerbaugruppe so weiter verarbeitet, daß sie zur direkten Ansteuerung der Motorzählwerksgruppe geeignet sind.
Aus dieser Funktionsweise ergibt sich, daß bei nichtbefahrenem Zählpunkt an den Klemmen der Empfangsspannung eine bestimmte Ruhespannung anliegt, welche eine erste Nennfrequenz bestimmt. Diese Nennfrequenz liegt im Durchlaßbereich des Bandpasses, sodaß an dessen Ausgang die Wechselspannung mit der Nennfrequenz mit einer Amplitude auftritt, die nach Verstärkung und Gleichrichtung einen Entspannungswert liefert, der über der Schaltschwelle des Schmitt-Triggers liegt. Sobald ein Rad den Schienenkontakt befährt, wird eine Vergrößerung der Kopplung zwischen Sende- und Empfangsspule erreicht und damit ein Anstieg der Empfangsspannung beobachtet. Dieser Spannungsanstieg steuert nun die astabilen Mulitvibratoren derart, daß es zu einem Frequenzanstieg kommt. Wenn diese Frequenz nun den Durchlaßbereich der Bandpaßfilter verläßt, wird die Wechselspannungsamplitude stark gedämpft. Das resultierende Absinken der Spannung am Eingang des Schmitt-Triggers führt schließlich zur positiven Flanke des Achszählimpulses.
Unter Berücksichtigung dieser Funktionsweise einer Zählpunktelektronik lassen sich nun mögliche Szenarien für die Gefährdung im Sinne der signaltechnischen Sicherheit ableiten. Wenn bei Bedämpfung des Schienenkontaktes die Schaltpegel der zugehörigen Schmitt-Trigger nicht erreicht werden, kann es zu keiner Besetztmeldung kommen. Dies würde bedeuten, daß ein Einfahren eines Zuges in einem mit Zählpunkt überwachten Gleisabschnitt nicht zu einer Besetztmeldung führen würde. Ein derartiges Ausbleiben des erforderlichen Schaltpegels müßte aber in beiden voneinander unabhängig arbeitenden Verarbeitungskanälen gleichzeitig auftreten. Wäre nur ein Kanal davon betroffen, käme es bei Bedämpfung des dem funktionierenden Kanal zugeordneten Spulensystemes zu einer Besetztsignalisierung.
Als schlechtest denkbarer Mehrfachausfall von Einzelbausteinen der Überwachungseinrichtung ergeben sich somit nachfolgende Szenarien:
Durch einen Fehler im integrierten Schaltkreis werden die Eingangsklemmen des ICs zu Ausgangsklemmen und der Bauteil selbst zum Generator, der Spannungen mit beliebigen Amplituden, Frequenzen und Phasenlagen erzeugt und dessen Signale über den passiven Eingangsspannungsteiler in die jeweilige Signalanlage eingespeist werden. Die Begrenzung der Höhe einer derartigen Fehlspannung, die durch ein fehlerhaftes Spannungsmeßmodul möglicherweise eingespeist werden kann, erfolgt durch die Funkenstrecke, die auf der Platine des Spannungsmeßmodules zwischen den Signaleingangspins des integrierten Bauteiles angeordnet ist. Bei geeigneter Auslegung dieser Funkenstrecke ist somit die maximal mögliche Spannung, die ein fehlerhaftes Spannungsmeßmodul generieren kann, begrenzt und bleibt auch bei nicht ordnungsgemäß justiertem Zählpunkt ohne Funktionsbeeinträchtigung und damit ohne Gefährdung im Sinne der signaltechnischen Sicherheit. Erst für den Fall, daß eine nicht ordnungsgemäße Bedämpfung der Schienenkontakte erfolgt und abgenützte Spurkränze, schadhafte Räder, nicht ordnungsgemäß montierte Schienenkontakte oder Abweichungen in der Gleisgeometrie bzw. im Sinuslauf eine extrem schlechte Bedämpfung der Schienenkontakte zur Folge haben, kann als Grenzfall, bei dem gerade noch die Schmitt-Triggerschwelle erreicht wird, ein schadhaftes Spannungsmeßmodul äußerstenfalls eine Achszählung verhindern. Da ein derartiger Zustand nicht auf alle Achsen eines Zuges gleichzeitig zutreffen kann, können dadurch zwar Zählfehler entstehen, welche äußerstenfalls eine Besetztmeldung zur Folge haben. Eine unbemerkte Zugüberfahrt kann jedoch ausgeschlossen werden. Bei Ausfall des Spannungsmeßmodules in der Form, daß die Unterschreitung der Schaltschwelle des Schmitt-Triggers verhindert wird, wäre gleichfalls keine Gefährdung aufgrund der zweikanaligen Ausbildung gegeben. Ein gleichwertiger Ausfall eines zweiten Spannungsmeßmodules führt aber dazu, daß sich eine derartige Fehlfunktion eines Spannungsmeßmodules offenbart, bevor weitere Ausfälle von Bauelementen des zweiten Spannungsmeßmodules zu einer gleichwertigen Fehlfunktion führen. Der Grenzwert für die Ausfalloffenbarungszeit liegt immer deutlich über den Zeitgrenzwerten, die vom Hersteller für Zählpunkte angegeben werden. Der Ausfall eines Spannungsmeßmodules offenbart sich somit bevor ein gleichwertiger Ausfall des zweiten Spannungsmeßmodules eintreten kann. Auch bei der höchst physikalisch von einer defekten Baugruppe als aktiven Bauteil erzielbaren Grenzspannung kann eine Freimeldung nicht erfolgen, sodaß auch unter Berücksichtigung der unwahrscheinlichsten Fehlerquellen ein defekter IC im schlechtest anzunehmenden Fall keine Gefährdung der signaltechnischen Sicherheit herbeiführen kann.

Claims (6)

  1. Schaltungsanordnung zur Überwachung von Betriebskenndaten von eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlagen, wie z.B. Gleisfreimeldeanlagen, Gleisstromkreisrelais oder Achszählern, mit welcher Meßspannungen über einen elektrischen Widerstand abgegriffen und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnungen in jeder Meßleitung symmetrisch je einen Eingangswiderstand (R1,R2) und parallel zum Abgriffswiderstand eine Suppressordiode bzw. eine bidirektionale Z-Diode (DS1) enthält.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriffswiderstand als Spannungsteiler (R3,R4) ausgebildet ist und in den Teilkreisen Kondensatoren (C1,C2) zur Ausbildung von amplitudenbegrenzenden Tiefpässen aufweist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung eine integrierte galvanische Trennschaltung (GT) enthält.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine integrierte Trennschaltung (GT) als Instrumentenverstärker, als Isolationsverstärker und als DC/DC-Wandler ausgebildet ist.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Eingang (3,4) der integrierten Trennschaltung (GT) eine Funkenstrecke (FST) angeordnet ist.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Trennschaltung (GT) über Serienwiderstände (R6,R7) mit dem Spannungsteiler (R3,R4) und der Suppressordiode (DS1) verbunden ist.
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