EP1304274A1 - Vorrichtung zur Überwachung und/oder Regelung von schienengebundenen Verkehr - Google Patents

Vorrichtung zur Überwachung und/oder Regelung von schienengebundenen Verkehr Download PDF

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EP1304274A1
EP1304274A1 EP01124191A EP01124191A EP1304274A1 EP 1304274 A1 EP1304274 A1 EP 1304274A1 EP 01124191 A EP01124191 A EP 01124191A EP 01124191 A EP01124191 A EP 01124191A EP 1304274 A1 EP1304274 A1 EP 1304274A1
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EP
European Patent Office
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circuit
current
signal
operational amplifier
monitoring
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Andrea Giugni
Rolf Schmid
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Siemens Schweiz AG
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Siemens Schweiz AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/12—Visible signals
    • B61L5/18—Light signals; Mechanisms associated therewith, e.g. blinders
    • B61L5/1809—Daylight signals
    • B61L5/1881—Wiring diagrams for power supply, control or testing
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/20—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection

Definitions

  • the invention relates to a device for Monitoring and / or regulation of rail-bound traffic.
  • the rail-bound traffic makes high Requirements for the safety of the persons carried and Goods.
  • These security requirements are in the European Standard EN 50 129 defined with levels SILO to SIL4. It therefore requires one on a high safety standard based system for the supervision and / or regulation of the various trains frequenting a railway network.
  • the signal term to be set is from a Signaling device to the signal, i. usually to one beside the Track arranged signal control unit (LEU), reported and switched to the signal accordingly.
  • the adjoining Signal concept corresponding signal illuminants are thereupon switched on.
  • a signal illuminant are usually Used incandescent or LED lights, in which Supply circuit of the signal illuminant AC currents With rms values up to about 4 amps flow and AC voltages with rms values of up to 400 volts, in usually 12 to 300 volts, typical for railway operations Frequencies (16 2/3 Hz, 50 Hz, 60 Hz) are present.
  • the voltage drop Measure over the bulb This basically on the Signal circuit largely non-reactive measurement method
  • the Resistance values for the bulb can vary and so on to distort the statement about the condition of the light source can.
  • a corroded contact can Result of the voltage measurement can quickly high impedance and thus a completely wrong state of the bulb report or even the current flow in the circuit of the Reduce the light source so that the luminance in unduly diminishes.
  • the invention is therefore based on the object, a Device for monitoring and / or regulating the specify rail-bound traffic that allows the Function of the bulb without feedback on the Check circuit of the bulb and at the same time a reliable statement about the height of the circuit of the Illuminant flowing current allows.
  • a device for monitoring and / or regulating rail-bound traffic in which a transformer coupling and at the same time a galvanic isolation between a signal circuit, in particular a circuit of a signal illuminant, and a monitoring circuit are realized the number of turns N 1 of the primary winding of the signal circuit is smaller than the number of turns N 2 of the secondary winding of the monitoring circuit and the secondary winding is connected to a means that at least approximately short-circuited the secondary winding and provides an output signal corresponding to the current flow in the signal circuit.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that the agent is a current-controlled Voltage source is, in the one in the monitoring circuit flowing current via a negative feedback resistor flows away.
  • the agent is a current-controlled Voltage source is, in the one in the monitoring circuit flowing current via a negative feedback resistor flows away.
  • the decoupled power Output voltage of the voltage source provides the height of the Tension therefore a direct measure of the height of the Signal circuit flowing current.
  • this preceding feature when the secondary winding to the input of a Operational amplifier is connected and the output of the Operational amplifier via a feedback resistor a branch of the input of the operational amplifier switched is.
  • the device is typically located in the near-rail area, it is also exposed to significant alternating magnetic fields due to the high traction currents flowing in locomotives, which induce AC voltages in conductor loops penetrated by them that are proportional to the effective area penetrated by the magnetic flux change , Thus, it is particularly important for ensuring the monitoring function when the surface area of the monitoring circuit is less than 2 cm 2 , preferably less than 1 cm 2 .
  • the monitoring circuit formed at least two channels.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a current tap on a lamp circuit 20 for a railway signal lamp 22.
  • the railway signal lamp 22 is supplied by a supply voltage U P with 100 volts, 50 Hz, with a current I P of 0.2 amps in the lamp circuit 20 flows.
  • U P supply voltage
  • I P current of 0.2 amps in the lamp circuit 20 flows.
  • two redundantly executed monitoring circuits 24, 26 are coupled to the lamp circuit 20 for tapping the current I P flowing in the lamp circuit 20.
  • this coupling K is between the lamp circuit 20 and the monitoring circuits 24, 26 at the same time achieved a galvanic isolation of 4 kV, the two monitoring circuits 24, 26 are mutually galvanically separated with 3 kV.
  • primary-side winding number N1 1
  • a secondary-side winding number N2 of 150 windings is provided on this ferrite core for each monitoring circuit 24, 26. Therefore, assuming an ideal transformer, only about 1/150 of the current I p flowing on the primary side K p is injected as current I in1 , I in 2 into the monitoring circuits 24, 26. This "current leakage" can therefore be regarded as completely free of interference with the lamp circuit 20, ie in particular the luminance achieved with the signal lamp 22 is attenuated only negligibly.
  • the safety-relevant but relevant non-reaction is achieved by the induced by the currents I ein1 , I ein2 caused voltages U in1 , U in2 are applied to the input of each one operating as an inverting current amplifier operational amplifier OP1, OP2.
  • the currents I in1, cause I in2
  • the differential inputs of the operational amplifiers OP1, OP2 the voltages Vin1, Vin2, but as far as disqualify the outputs of the operational amplifiers OP1, OP2 output voltages U out1, U out2 that the currents I in1, I in2 flow off via feedback resistors R3, R13.
  • This OP2 in2 go the voltage differences Vin1, U to the differential inputs of the operational amplifier OP1, as far as possible to zero, ie suitable great reinforcement of the operational amplifiers OP1, OP2 vary the voltage differences Vin1, Vin2 few millivolts to zero volts.
  • the secondary sides K S1 , K S2 therefore "electrically" see a short circuit. In this way, no disturbances caused by mutual induction occur in the lamp circuit 20.
  • the level of the output voltages U out1 , U out2 by means of downstream logic units (not shown here) evaluated and transmitted to a signal box and / or wireless transmission of the result on a locomotive and / or a control car in a balise and / or be prepared a leak cable.
  • the monitoring of the lamp circuit 20 carried out in this manner is therefore based on the level of the current I P actually flowing in the lamp circuit 20, so that even a current which is no longer sufficient for the desired luminous efficacy can be registered as an urgent error to be checked.
  • a test of the monitoring circuits 24, 26 for correct function can be carried out at any time.
  • the monitoring circuits 24, 26 for correct function on the one hand as a high-pass with serially connected resistor R1, R21 and capacitance C1, C21 designed Stromeinkoppelpfade 28, 30 and the other analog switches AS1, AS2 are provided.
  • the Stromeinkoppelpfade 28, 30 can be tested by the coupling of an alternating current, the active current gain through the operational amplifier OP1, OP2. Opening the analog switches AS1, AS2 switches off the current amplification of the operational amplifiers OP1, OP2.
  • the currents I in1 , I in2 can thus no longer produce voltage differences at the operational amplifier input because the two inputs (+ and -) of the two operational amplifiers OP1, OP2 are coupled via resistors R2 and R12, respectively.
  • the operational amplifiers OP1 and OP2 thus only work as voltage followers (impedance converters).
  • FIG. 2 shows the circuit diagram according to FIG. 1 with a additional circuit for compensation of Offset output voltage of the operational amplifiers OP1, OP2. Out For reasons of clarity, the additional circuit only for the upper one Monitoring circuit 24 in the template according to FIG. 1 located. However, a similar circuit is also for the lower one in the graphic representation Monitoring circuit 26 is provided.

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung und/oder Regelung des schienengebundenen Verkehrs anzugeben, die es erlaubt, die Funktion des Leuchtmittels rückwirkungsfrei auf den Stromkreis des Leuchtmittels zu überprüfen und gleichzeitig eine gesicherte Aussage über die Höhe des im Stromkreis des Leuchtmittels fliessenden Stroms zulässt. Erfindungsgemäss ist eine Vorrichtung zur Überwachung und/oder Regelung von schienengebundenem Verkehr vorgesehen, bei der eine transformatorische Kopplung (K) und zugleich eine galvanische Trennung zwischen einem Signalstromkreis (20), insbesondere einem Stromkreis (20) eines Signalleuchtmittels (22), und einem Überwachungsstromkreis (24, 26) realisiert sind. Dabei ist die Windungszahl N1 der Primärwicklung (KP) des Signalstromkreises (20) kleiner als die Windungszahl N2 der Sekundärwicklung (KS1, KS2) des Überwachungsstromkreises (24, 26). Ferner ist die Sekundärwicklung (KS1, KS2) an ein Mittel (OP1, OP2) angeschlossen, das die Sekundärwicklung (KS1, KS2) zumindest annähernd kurzschlussbeschaltet und ein dem Stromfluss (IP) im Signalstromkreis (20) entsprechendes Ausgangssignal (Uout1, Uout2) liefert. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung und/oder Regelung von schienengebundenem Verkehr.
Im besonderen der schienengebundene Verkehr stellt hohe Anforderungen an die Sicherheit der beförderten Personen und Güter. Diese Sicherheitsanfordungen sind in der europäischen Norm EN 50 129 mit den Stufen SILO bis SIL4 definiert. Es bedarf daher eines auf einem hohen Sicherheitsstandard beruhenden Systems für die Überwachung und/oder Regelung der verschiedenen ein Schienennetz frequentierenden Züge.
Zur Steuerung der Züge sind optische Signale und gleisseitig installierte Einrichtungen zur punkt- und/oder linienförmigen Zugbeeinflussung, wie z.B. Balisen und/oder Leckkabel, vorgesehen. Während mit Signalen nur qualitative Instruktionen, wie z.B. HALT, LANGSAMFAHRT, FAHRT, auf Sicht gegeben werden können, werden mit den punkt- und/oder linienförmigen Einrichtung zur Zugbeeinflussung daneben auch quantitative Grössen, wie zulässige Höchstgeschwindigkeit, Streckensteigung, Streckenneigung, berührungslos auf den Führerstand einer Lokomotive übertragen, wie dies beispielsweise in der schweizerischen Patentschrift 672 913 beschrieben ist. Gleichwohl werden heutzutage auch die qualitativen Instruktionen, d.h. der an einem Signal anliegende Signalbegriff, auf die Lokomotive übertragen.
Der einzustellende Signalbegriff wird dabei von einem Stellwerk an das Signal, d.h. in der Regel an eine neben dem Gleis angeordnete Signalsteuerungseinheit (LEU), gemeldet und entsprechend auf das Signal aufgeschaltet. Dem anliegenden Signalbegriff entsprechende Signalleuchtmittel sind daraufhin eingeschaltet. Als Signalleuchtmittel werden in der Regel Glühlampen oder LED-Leuchten verwendet, bei denen im Versorgungsstromkreis des Signalleuchtmittels Wechselströme mit Effektivwerten bis zu etwa 4 Ampère fliessen und Wechselspannungen mit Effektivwerten von bis zu 400 Volt, in der Regel 12 bis 300 Volt, bei für den Bahnbetrieb typischen Frequenzen (16 2/3 Hz, 50 Hz, 60 Hz) anliegen.
Für die Sicherheit des Bahnbetriebs ist es daher besonders bedeutsam, dass die Funktion der Signalleuchtmittel, d.h. die tatsächliche Anzeige der aktuellen Signalbegriffes, sichergestellt und damit geeignet überwacht wird. Dabei werden bisher Vorrichtungen benutzt, die den Spannungsabfall über dem Leuchtmittel messen. Diese im Grunde auf den Signalstromkreis weitestgehend rückwirkungsfreie Messmethode ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass die Widerstandswerte für das Leuchtmittel schwanken können und so die Aussage über den Zustand des Leuchtmittels verfälschen können. So kann beispielsweise ein korrodierter Kontakt das Ergebnis der Spannungsmessung schnell hochohmig werden lassen und somit einen völlig falschen Zustand des Leuchtmittels melden oder sogar den Stromfluss im Stromkreis des Leuchtmittels drosseln, so dass die Leuchtdichte in unzulässiger Weise abnimmt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung und/oder Regelung des schienengebundenen Verkehrs anzugeben, die es erlaubt, die Funktion des Leuchtmittels rückwirkungsfrei auf den Stromkreis des Leuchtmittels zu überprüfen und gleichzeitig eine gesicherte Aussage über die Höhe des im Stromkreis des Leuchtmittels fliessenden Stroms zulässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur Überwachung und/oder Regelung von schienengebundenem Verkehr, vorgesehen ist, bei der eine transformatorische Kopplung und zugleich eine galvanische Trennung zwischen einem Signalstromkreis, insbesondere einem Stromkreis eines Signalleuchtmittels, und einem Überwachungsstromkreis realisiert sind, wobei die Windungszahl N1 der Primärwicklung des Signalstromkreises kleiner als die Windungszahl N2 der Sekundärwicklung des Überwachungsstromkreises ist und die Sekundärwicklung an ein Mittel angeschlossen ist, das die Sekundärwicklung zumindest annähernd kurzschlussbeschaltet und ein dem Stromfluss im Signalstromkreis entsprechendes Ausgangssignal liefert.
Auf diese Weise wird es erreicht, dass nur ein durch das Verhältnis der Windungszahlen in geeigneten Grenzen einstellbarer Anteil des im Signalstromkreis fliessenden Stroms in den Überwachungsstromkreis ausgekoppelt wird und dort durch die zumindest annähernde Kurzschlussbeschaltung egalisiert wird. Damit ist die Gegeninduktion aus dem Überwachungsstromkreis heraus in den Signalstromkreis annähernd nihiliert, weil an der Sekundärwicklung quasi keine Spannung entstehen kann. Zugleich ist durch Egalisierung des ausgekoppelten Stroms die Möglichkeit geschaffen, die hierzu erforderliche Spannung als Signal für die weitere Auswertung heranzuziehen.
Weil es hinsichtlich der Vermeidung der Rückwirkung des Überwachungsstromkreises auf den Signalstromkreis besonders bedeutsam ist, einen eher kleinen Anteil des im Signalstromkreis fliessenden Strom auszukoppeln, ist es zweckmässig, wenn die Windungszahl N1 der Primärwicklung 5 nicht überschreitet und die Windungszahl N2 der Sekundärwicklung 50 nicht unterschreitet. Um die Sicherheit hinsichtlich der im Signalstromkreis erzielten elektrischen Leistung, d.h. im besonderen die erzielbare Leuchtdichte, ganz sicher nicht zu gefährden, sind Werte für die Windungszahlen von N1 = 1 und N2 = 150 besonders geeignet.
Eine besonders vorteilhalfte Ausgestaltung der Erfindung sieht es vor, dass das Mittel eine stromgesteuerte Spannungsquelle ist, bei der ein im Überwachungsstromkreis fliessender Strom über einen Gegenkopplungswiderstand abfliesst. Durch die vom ausgekoppelten Strom gesteuerte Ausgangsspannung der Spannungsquelle liefert die Höhe der Spannung daher ein direktes Mass für die Höhe des im Signalstromkreis fliessenden Stroms. Besonders einfach schaltungsmässig umsetzbar ist dieses voranstehende Merkmal, wenn die Sekundärwicklung an den Eingang eines Operationsverstärkers angeschlossen ist und der Ausgang des Operationsverstärkers über einen Rückkopplungswiderstand auf einen Ast des Eingangs des Operationsverstärkers geschaltet ist.
Es ist damit besonders gegenüber den im Stand der Technik bekannten Lösungen möglich geworden, am Überwachungsstromkreis eine Spannung abzugreifen, die direkt proportional zu dem im Signalstromkreis fliessenden Strom ist, wobei die Spannung besonders einfach am Ausgang eines invertierenden Operationsverstärkers abnehmbar ist.
Aufgrund der Tatsache, dass der Eingang des Operationsverstärkers auf einem festen Bezugspotential, d.h. quasi auf Masse, liegt, führt diese zu einer vergleichsweise hohen Offsetspannung am Operationsverstärkerausgang. Um diese vergleichsweise hohe Offsetspannung kompensieren zu können, sind Mittel vorgesehen, die zur Begrenzung des Eingangsoffsetstroms am Eingang des Operationsverstärkers angeschlossen sind. Ein geeignetes Mittel zu diesen Zweck ist eine aktive Eingangsoffsetstromkompensation mit einem weiteren Operationsverstärker, der ebenfalls als invertierender Operationsverstärker in Gegenkopplung geschaltet ist.
Weil die Vorrichtung in der Regel im gleisnahen Bereich angeordnet ist, ist sie an dieser Position aufgrund der hohen in Lokomotiven fliessenden Traktionsströme auch erheblich magnetischen Wechselfeldern ausgesetzt, die in von ihnen durchdrungenen Leiterschleifen Wechselspannungen induzieren, die proportional zur wirksamen von der magnetischen Flussänderung durchdrungenen Fläche sind. Damit ist es für die Sicherstellung der Überwachungsfunktion besonders bedeutsam, wenn der Flächeninhalt des Überwachungsstromkreises weniger als 2 cm2, vorzugsweise weniger als 1 cm2, beträgt.
Um auch den Sicherheitsanforderungen hinsichtlich der Redundanz genügen zu können, ist der Überwachungsstromkreis mindestens zweikanalig ausgebildet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1
ein Prinzipschaltbild eines Stromabgriffs an einem Lampenstromkreis eines Eisenbahnsignals; und
Figur 2
das Prinzipschaltbild gemäss Figur 1 mit einer zusätzlichen Schaltung zur Kompensation der Offsetausgangsspannung.
Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Stromabgriffs an einem Lampenstromkreis 20 für eine Eisenbahnsignallampe 22. Im Ausführungsbeispiel wird die Eisenbahnsignallampe 22 von einer Versorgungsspannung UP mit 100 Volt, 50 Hz, versorgt, wobei ein Strom IP von 0.2 Ampère im Lampenstromkreis 20 fliesst. Mittels einer transformatorischen Kopplung K sind zwei redundant ausgeführte Überwachungsstromkreise 24, 26 zum Abgriff des im Lampenstromkreis 20 fliessenden Stroms IP an den Lampenstromkreis 20 angekoppelt. Bei dieser Ankopplung K ist zwischen dem Lampenstromkreis 20 und den Überwachungsstromkreisen 24, 26 zugleich eine galvanische Trennung von 4 kV erzielt, die beiden Überwachungsstromkreise 24, 26 sind gegeneinander galvanisch mit 3 kV getrennt.
Die transformatorische Kopplung K besteht auf der Primärseite KP mit einer einzigen auf einen Ferritkern gewickelten Windung (primärseitige Windungszahl N1 = 1). Auf der Sekundärseite KS1 und KS2 sind auf diesem Ferritkern für jeden Überwachungsstromkreis 24, 26 eine sekundärseitige Windungszahl N2 von 150 Windungen vorgesehen. Bei Annahme eines idealen Transformators wird daher nur etwa 1/150 des auf der Primärseite Kp fliessenden Stroms Ip als Strom Iein1, Iein2 in die Überwachungsstromkreise 24, 26 eingekoppelt. Diese "Stromleckage" kann daher noch als vollkommen rückwirkungsfrei auf den Lampenstromkreis 20 angesehen werden, d.h. im besonderen die mit der Signallampe 22 erzielte Leuchtdichte wird nur vernächlässigbar abgeschwächt.
Die im sicherheitstechnischen Sinne aber relevante Rückwirkungsfreiheit wird jedoch dadurch erzielt, dass die von den induzierten Strömen Iein1, Iein2 verursachten Spannungen Uein1, Uein2 an den Eingang jeweils eines als invertierender Stromverstärker arbeitenden Operationsverstärker OP1, OP2 gelegt sind. Auf diese Weise bewirken die Ströme Iein1, Iein2 zwar an den Differenzeingängen der Operationsverstärker OP1, OP2 die Spannungen Uein1, Uein2, die jedoch die Ausgänge der Operationsverstärker OP1, OP2 mit Ausgangsspannungen Uout1, Uout2 soweit aussteuern, dass die Ströme Iein1, Iein2 über Gegenkopplungswiderstände R3, R13 abfliessen. Dadurch gehen die Spannungsdifferenzen Uein1, Uein2 an den Differenzeingängen der Operationsverstärker OP1, OP2 weitestgehend gegen Null, d.h. bei geeignet grosser Verstärkung der Operationsverstärker OP1, OP2 schwanken die Spannungsdifferenzen Uein1, Uein2 nur wenige Millivolt um O Volt. Die Sekundärseiten KS1, KS2 "sehen" elektrisch daher einen Kurzschluss. Auf diese Weise treten keine durch Gegeninduktion verursachten Störungen im Lampenstromkreis 20 auf.
Für die sicherheitsrelevante Auswertung der Ausgangsspannungen Uout1, Uout2 ist es daher von besonderem Vorteil, dass die Ströme Iein1, Iein2 eine zu ihrer Grösse proportionale Spannung erzeugen. Es gilt daher, dass Uout1 = IR3*R3 = -Iein1 * R3 ist; entsprechendes gilt für die Ausgangsspannung Uout2. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur zu erkennen, ob die Signallampe 22 überhaupt brennt, sondern auch erkennen zu können, eine ausreichende Lichtausbeute, die vom durchfliessenden Strom IP abhängig ist, erzielt ist. Entsprechend kann die Höhe der Ausgangsspannungen Uout1, Uout2 mittels nachgeschalteter Logikeinheiten (hier nicht weiter dargestellt) ausgewertet und an ein Stellwerk übermittelt werden und/oder für die drahtlose Übertragung des Resultats auf eine Lokomotive und/oder einen Steuerwagen in einer Balise und/oder einem Leckkabel aufbereitet werden.
Die auf diese Weise vorgenommene Überwachung des Lampenstromkreises 20 beruht daher auf der Höhe des tatsächlich im Lampenstromkreis 20 fliessenden Stroms IP, so dass selbst ein für die gewünschte Lichtausbeute nicht mehr ausreichender Strom als dringend zu überprüfender Fehler registriert werden kann.
Ein Test der Überwachungsstromkreise 24, 26 auf korrekte Funktion kann dabei jederzeit vorgenommen werden. Hierzu sind zum einen als Hochpass mit in Reihe geschaltetem Widerstand R1, R21 und Kapazität C1, C21 ausgestaltete Stromeinkoppelpfade 28, 30 und zum anderen Analog-Switches AS1, AS2 vorgesehen. Mittels der Stromeinkoppelpfade 28, 30 kann durch die Einkopplung eines Wechselstroms die aktive Stromverstärkung durch die Operationsverstärker OP1, OP2 getestet werden. Durch das Öffnen der Analog-Switches AS1, AS2 wird die Stromverstärkung der Operationsverstärker OP1, OP2 ausgeschaltet. Die Ströme Iein1, Iein2 können so keine Spannungsdifferenzen am Operationsverstärkereingang mehr erzeugen, weil die beiden Eingänge (+ und -) der beiden Operationsverstärker OP1, OP2 über Widerstände R2 bzw. R12 gekoppelt sind. Die Operationsverstärker OP1 und OP2 arbeiten so nur noch als Spannungsfolger (Impedanzwandler).
Das vorliegende Prinzipschaltbild ist im Ausführungsbeispiel wie folgt beschaltet: R1 = R21 = 4,7 kΩ; R2 = R12 = 2 MΩ; R3 = R13 = 6,8 kΩ und C1 = C21 = 47 nF. Mit den voranstehend beschreibenen Werten für den Strom IP und die übrigen Schaltungskomponenten ergeben sich auf diese Weise Ausgangsspannungen Uout1, Uout2 von einigen Hundert Millivolt bis zu etwa 5 Volt.
Figur 2 zeigt das Prinzipschaltbild gemäss Figur 1 mit einer zusätzlichen Schaltung zur Kompensation der Offsetausgangsspannung der Operationsverstärker OP1, OP2. Aus Gründen der übersichtlicheren Darstellung wurde die zusätzliche Schaltung nur für den oberen Überwachungsstromkreis 24 in die Vorlage gemäss Figur 1 eingezeichnet. Eine gleichartige Schaltung ist jedoch auch für den in der zeichnerischen Darstellung unteren Überwachungsstromkreis 26 vorgesehen.
Im Einzelnen wird zur Kompensation der Offsetausgangsspannung ein weiterer Operationsverstärker OP3 verwendet, der als nichtinvertierender Verstärker geschaltet ist und dessen Ausgang aus diesem Grund über einen Widerstand R4 auf einen Ast des Differenzeingangs des Operationsverstärkers OP1 gelegt ist. Auf diese Weise wird der die vergleichsweise hohe Offsetausgangsspannung verursachende Offseteingangsstrom begrenzt (kompensiert), der auftritt, weil der Differenzeingang des Operationsverstärkers OP1 praktisch an Masse angeschlossen ist. Die Offsetausgangsspannung des Operationsverstärkers OP1 wird daher über einen Tiefpass (Widerstand R7 und Kapazität C3) an einen Ast des Differenzeingangs des weiteren Operationsverstärkers OP3 gelegt. Der andere Ast des Differenzeingangs ist über einen Widerstand R6 auf Masse GND1 gelegt. Weil der weitere Operationsverstärker OP3 auch in Gegenkopplung arbeiten muss, ist der Ausgang des weiteren Operationsverstärkers OP3 über den Widerstand R5 auch auf diesen Ast des Eingangs gelegt. Auf diese Weise ist eine aktive Kompensation des Eingangsoffsetstroms realisiert. Die in dem Schaltbild verwendeten Komponenten sind im Ausführungsbeispiel wie folgt dimensioniert: R4 = 1 kΩ; R5 = 100 kΩ; R6 = 10 kΩ; R7 = 220 kΩ und C3 = 1 µF.
Damit liefert diese um die aktive Offsetkompensation ergänzende Ausführungsvariante noch genauere, dem tatsächlichen Strom IP entsprechende Spannungswerte, was die Genauigkeit der Überwachung des Lampenstromkreise 20 weiter erhöht.
Bezugszeichenliste
20
Lampenstromkreis
22
Signallampe
24, 26
Überwachungsstromkreis
28, 30
Stromeinkoppelpfade
AS1, AS2
Analog-Switches
C1 bis C3
Kapazitäten
IP
primärseitiger Strom
Iein1, Iein2
Eingangsstrom
IR3, IR13
Gegenkoppelstrom
K
transformatorische Kopplung
KP
Primärseite
KS1, KS2
Sekundärseite
N1, N2, N3
Windungszahl
OP1 bis OP3
Operationsverstärker
R1 bis R13
Widerstände
Uein1, Uein2
Eingangsspannung
Uout1, Uout2
Ausgangsspannung
UP
Versorgungsspannung

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur Überwachung und/oder Regelung von schienengebundenem Verkehr, bei der eine transformatorische Kopplung (K) und zugleich eine galvanische Trennung zwischen einem Signalstromkreis (20), insbesondere einem Stromkreis (20) eines Signalleuchtmittels (22), und einem Überwachungsstromkreis (24, 26) vorgesehen sind, wobei die Windungszahl N1 der Primärwicklung (KP) des Signalstromkreises (20) kleiner als die Windungszahl N2 der Sekundärwicklung (KS1, KS2) des Überwachungsstromkreises (24, 26) ist und die Sekundärwicklung (KS1, KS2) an ein Mittel (OP1, OP2) angeschlossen ist, das die Sekundärwicklung (KS1, KS2) zumindest annähernd kurzschlussbeschaltet und ein dem Stromfluss (IP) im Signalstromkreis (20) entsprechendes Ausgangssignal (Uout1, Uout2) liefert.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Windungszahl N1 der Primärwicklung (KP) nicht grösser als 5 ist und die Windungszahl N2 der Sekundärwicklung (KS1, KS2) 50 nicht unterschreitet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    N1 = 1 un N2 = 150 sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mittel eine stromgesteuerte Spannungsquelle ist, bei der ein im Überwachungsstromkreis (24, 26) fliessender Strom (Iein1, Iein2) über einen Gegenkopplungswiderstand (R3, R13) abfliesst.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Sekundärwicklung (KS1, KS2) an den Eingang eines Operationsverstärkers (OP1, OP2) angeschlossen ist und der Ausgang des Operationsverstärkers (OP1, OP2) über den Rückkopplungswiderstand (R3, R13) auf einen Ast des Eingangs des Operationsverstärkers (OP1, OP2) geschaltet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    am Überwachungsstromkreis (24, 26) eine Spannung (Uout1, Uout2) abgreifbar ist, die proportional zu dem im Signalstromkreis (20) fliessenden Strom (Ip) ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Spannung (Uout1, Uout2) am Ausgang eines invertierten Operationsverstärkers (OP1, OP2) abnehmbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Mittel (OP3) vorgesehen sind, die zur Begrenzung des Eingangsoffsetstroms am Eingang des Operationsverstärkers (OP1, OP2) angeschlossen sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Mittel eine aktive Eingangsoffsetstromkompensation mit einem weiteren Operationsverstärker (OP3) sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Flächeninhalt des Überwachungsstromkreises (24, 26) weniger als 2 cm2, vorzugsweise weniger als 1 cm2, beträgt.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Überwachungsstromkreis (24, 26) zweikanalig ausgebildet ist.
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