Einrichtung zur punktweisen Signalübertragung zwischen einem Fahrzeug und der Strecke, längs welcher sich dieses bewegt, insbesondere bei Eisenbahnen Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur punkt weisen Signalübertragung zwischen einem Fahrzeug und der Strecke, längs welcher sich dieses bewegt, insbesondere bei Eisenbahnen. Es gibt zu diesem Zweck Einrichtungen, die mit Wechselstrom gespeiste Stromkreise enthalten.
An diese Stromkreise werden bei der Signalübertragung meist auf induktivem Wege Schwingungskreise angekoppelt, die keine eigene Stromquelle haben und deren Resonanzfrequenz für den zu übertragenden Signalbegriff massgebend ist. In dem mit Strom gespeisten Teil der Einrichtung ist für jede dieser Resonanzfrequenzen ein Generator vorhanden, dessen Frequenz mit der Resonanzfre quenz des betreffenden Schwingungskreises in engen Grenzen übereinstimmen muss.
Daraus folgt, dass die Resonanzfrequenzen aller den gleichen Signal begriff übertragenden Schwingungskreise nur wenig voneinander abweichen dürfen. Diese nicht mit einer Stromquelle versehenen Schwingungskreise sind viel fach an Kabel angeschlossen, teils, um die Schwin gungskreise unwirksam schalten zu können, wenn keine Signalübertragung zustandekommen soll, teils, um ihre Resonanzfrequenz verändern zu können, wenn aus betrieblichen Gründen ein anderer Signal begriff übertragen werden soll.
Die Kabel beeinflussen die Resonanzfrequenz der Schwingungskreise, und es können daher für sie nur verhältnismässig geringe Längen zugelassen werden. Dies gilt um so mehr, je höher die Resonanzfrequenz des Schwingungskreises ist. Soll eine grössere Zahl unterschiedlicher Signal begriffe übertragen werden, so muss in dem strom gespeisten Teil der Einrichtung auch eine grössere Zahl von Generatoren zur Verfügung stehen. Da durch werden die Einrichtungen unter Umständen unerwünscht teuer.
Trotzdem sind die beschriebenen Einrichtungen wegen der Einfachheit ihrer Wirkungs- weise und wegen der Sicherheit, mit der die Signal übertragung zustandekommt, in grosser Zahl in die Praxis eingeführt worden.
Es ist das Ziel der Erfindung, diese Einrichtungen zu verbessern, ohne dass komplizierte elektrische Anordnungen ihre Einfachheit und Betriebssicher heit in. Frage stellen. Dabei soll vor allem erreicht werden, dass für die Resonanzfrequenz der nicht mit einer Stromquelle in Verbindung stehenden Schwingungskreise weitere Toleranzgrenzen als bisher zugelassen werden können. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, bei Einrichtungen mit einem oder nur wenigen Generatoren im stromgespeisten Teil die Übertragung einer grösseren Zahl unterschiedli cher Signalbegriffe zu ermöglichen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Frequenz des Wechselstromes im stromgespeisten Teil der Einrichtung zeitlich periodisch verändert wird. Die Geschwindigkeit der Frequenzänderung wird dabei zweckmässigerweise so gewählt, dass wäh rend der Zeitspanne, in der bei höchster Fahrge schwindigkeit eine wirksame Kopplung zwischen dem stromgespeisten Teil der Einrichtung und dem keine Stromquelle enthaltenen Schwingungskreis besteht, der gesamte Frequenzbereich mindestens einmal durchlaufen wird.
Dadurch erreicht man, dass wäh rend dieser Zeitspanne die Frequenz im stromge speisten Teil der Einrichtung mindestens einmal kurz zeitig mit der- Resonanzfrequenz des beeinflussenden Schwingungskreises übereinstimmt. Man kann daher für die Resonanzfrequenz dieses Schwingungskreises weitere Grenzen zulassen, und man kann unter Um ständen ,auch die Resonanzfrequenzen von Schwin gungskreisen durchlaufen, die zur übertragung unter schiedlicher Signalbegriffe auf verschiedene Frequen zen abgestimmt sind.
Die Erfindung eignet sich be- sonders für Einrichtungen, die hohe Frequenzen zur Signalübertragung benutzen und in denen schnell ansprechende, insbesondere elektronische Empfänger für die Signalbegriffe im stromgespeisten Teil der Einrichtung vorhanden sind.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und nachstehend er läutert: Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur An wendung der Erfindung auf eine Einrichtung zur induktiven Zugbeeinflussung, die im stromgespeisten Teil mit Schwingungskreisen arbeitet.
Fig. 2 ist ein zu Fig. 1 zugehöriges Schaubild, das in Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz eines Generators im oberen Teil den Strom in dem vom Generator gespeisten Schwingungskreis, im unteren Teil die Ansprechbereiche der Zugeinrichtung auf am Gleis angeordnete Schwingungskreise verschiede ner Abstimmung zeigt.
Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung zur An wendung der Erfindung auf eine Einrichtung zur induktiven Zugbeeinflussung, bei welcher die strom gespeisten Kreise der Übertragungseinrichtung nicht abgestimmt sind.
Im oberen Teil von Fig. 1 ist eine Fahrzeugein richtung zur induktiven Zugbeeinflussung mit ihren stromgespeisten Schwingungskreisen dargestellt. Der untere Teil zeigt einen ortsfest am Gleis angeordne ten Schwingungskreis, der keine Stromquelle enthält und im folgenden Gleismagnet genannt wird. In der Fahrzeugeinrichtung speisen die Generatoren 1, 2 und 3 je einen Schwingungskreis, der aus dem Kondensator 4, 5 bzw. 6, der Spule 7, 8 bzw. 9 und dem Impulsrelais 10, 11 bzw. 12 oder einer äquivalenten elektronischen Einrichtung besteht. Je der der drei Schwingungskreise ist auf eine andere Frequenz abgestimmt. Die vom zugehörigen Genera tor gelieferte Frequenz stimmt mit der Resonanzfre quenz des gespeisten Schwingungskreises überein.
Die Wicklungen 7, 8 und 9 sind in einem nach unten offenen Abschirmgehäuse, das nicht dargestellt ist, angeordnet und befinden sich auf einem Kern 13 aus ferromagnetischem Material. Sie sind durch eine ebenfalls nicht dargestellte Anordnung voneinander induktiv entkoppelt. Wird bei der Vorbeifahrt an einem Beeinflussungspunkt der Gleismagnet 60 an die drei Wicklungen induktiv angekoppelt, so tritt eine Stromsenkung in demjenigen Schwingungskreis ein, dessen Generator die Frequenz liefert, auf die der Gleismagnet 60 abgestimmt ist. Das Impulsrelais spricht auf diese kurzzeitige Stromsenkung an und meldet den übertragenen Signalbegriff.
In Fig. 2 ist horizontal die Frequenz fb eines der drei Generatoren aufgetragen. Mit f l ist die Resonanzfrequenz des an den Generator angeschlos senen Schwingungskreises bezeichnet. Stimmt die Re sonanzfrequenz eines Gleismagneten mit der Fre quenz f 1 überein, so wird man finden, dass das Im pulsrelais des betreffenden Schwingungskreises in nerhalb eines Bereiches der Frequenz f b anspricht, der näherungsweise symmetrisch zur Frequenz f1 liegt und der in Fig. 2 durch den schraffierten Be reich 24 angedeutet ist. Hat ein Gleismagnet bei spielsweise infolge ungenauer Abstimmung eine etwas höhere Resonanzfrequenz, so verschiebt sich der An sprechbereich zu höheren Frequenzen f b hin, wie es der Bereich 25 in Fig. 2 zeigt.
Näherungsweise kann man annehmen, dass die Verschiebung des Ansprechbereiches ebenso gross ist wie die Abwei chung der Resonanzfrequenz des Gleismagneten von der Frequenz f 1. In entsprechender Weise bringt eine Abstimmung des Gleismagneten auf eine tiefere Resonanzfrequenz eine Verschiebung zu tieferen Fre quenzen hin, z. B. in den Bereich 26 in Fig. 2. Eine Verschiebung zu tieferen Frequenzen hin wird im Betrieb vor allem durch das angeschlossene Steuer kabel 61 hervorgerufen, über das der Gleismagnet mit Hilfe des Steuerkontaktes 62 kurzgeschlossen wird, wenn er keine Wirkung auf die Fahrzeugein richtung ausüben soll, weil beispielsweise das zuge ordnete Signal Fahrt frei zeigt.
Die Verschiebung zu tieferen Frequenzen hin wird durch die Kapazität des Steuerkabels bewirkt, und die Länge des Steuer kabels wird somit durch den für die Gleismagnetab stimmung zulässigen Toleranzbereich begrenzt. Die Frequenz des Generators in der Fahrzeugeinrichtung kann infolge von zeitlicher oder temperaturbedingter Änderung seiner Bauelemente, oder infolge unge nauer Abstimmung von dem Sollwert f 1 um kleine Beträge .abweichen. Sind<I>f b 1</I> und<B>f b2</B> die äussersten Grenzen für die Betriebsfrequenz des Generators, so können gerade noch solche Gleismagnete zuge lassen werden, die in den Ansprechbereichen 25 und 26 wirksam sind. Dadurch ist die Toleranz für die Resonanzfrequenz der Gleismagnete festgelegt.
Es wird nun die Frequenz der Generatoren 1, 2 und 3 zeitlich periodisch verändert, und zwar inner halb eines Bereiches, der durch die Grenzen f63 und<B>f b4</B> in Fig. 2 angedeutet ist. Durch entspre chende Wahl der Periodendauer dieser Frequenz änderung wird dafür gesorgt, dass innerhalb einer Zeitspanne, während derer eine wirksame Kopplung zwischen dem Gleismagneten und den Schwingungs kreisen .auf dem Fahrzeug besteht, der Frequenz bereich fb3 bis fb4 mindestens einmal durchlaufen wird.
Da die Einrichtung bei der Frequenz fb3 noch auf einen sehr tief abgestimmten Gleismagneten mit dem Ansprechbereich 28, bei der Frequenz<B>f b4</B> noch auf einen sehr hoch abgestimmten Gleismagne ten mit dem Ansprechbereich 27 unter Einbeziehung eines gewissen Sicherheitsabstandes anspricht, kön nen demnach zur Zusammenarbeit mit der erwähnten Einrichtung noch Gleismagnete mit diesen wesent lich erweiterten Resonanzfrequenzen zugelassen wer den. Die Erweiterung dieser Grenzen ist in Fig. 2 etwa gleich der Verschiebung des Bereiches 27 gegen den Bereich 25 und der Verschiebung des Bereiches 28 gegen den Bereich 26.
Die Kurve 29 in Fig. 2 zeigt den Strom in einem der Schwingungskreise der Fahrzeugeinrichtung in Abhängigkeit von der Frequenz fb. Die horizontale Linie, welche die Kurve 29 schneidet, gibt den An sprechwert des zugehörigen Impulsrelais an. Die Frequenzänderung, die durch die Frequenzmodula tion der Generatoren 1, 2 und 3 hervorgerufen wird, muss daher innerhalb der Frequenzgrenzen fb5 und <B>f b6</B> liegen, die sich durch den Schnitt der genannten horizontalen Geraden mit der Kurve 29 ergeben, sonst hätte die Frequenzmodulation ein ungewolltes Ansprechen der Impulsrelais zur Folge.
Die Frequenzmodulation kann beispielsweise da durch bewirkt werden, dass die Drosseln der fre quenzbestimmenden Schwingungskreise 14, 15 und 16 der Generatoren 1, 2 und 3 mit einem Wechsel strom niedriger Frequenz beschickt werden. Dieser Wechselstrom, der durch den Generator 20 erzeugt wird, durchfliesst die Wicklungen 17, 18 und 19 der frequenzbestimmenden Drosseln. Diese Wicklun gen werden so angeordnet, dass sie mit den in den Schwingungskreisen liegenden Wicklungen dieser Drosseln induktiv nicht gekoppelt sind, dass aber der Strom, der die Wicklungen 17, 18 und 19 durch fliesst, die Permeabilität in den Spulenkernen dieser Drosseln ändert. Derartige Wicklungsanordnungen sind bekannt und brauchen daher nicht beschrieben zu werden.
Um sicherzustellen, dass der Frequenz bereich fb3 bis fb4 während der wirksamen Kopplung mit dem Gleismagneten auch bei höchster Fahrge schwindigkeit einmal bestrichen wird, muss man die Frequenz des die Frequenzmodulation bewirkenden Wechselstromes so hoch wählen, dass eine halbe Pe riodendauer dieses Wechselstromes kürzer ist als die Zeitspanne der wirksamen Kopplung.
Sollte, z. B. durch Unterbrechung des vom Gene rator 20 gespeisten Stromkreises, die Frequenzmo dulation der Generatoren 1, 2 und 3 unterbleiben, so würde hierdurch das Ansprechen der Einrichtung auf die an der Strecke verlegten Gleismagnete in Frage gestellt werden. Es ist daher zweckmässig, das Fliessen dieses Stromes zu überwachen. Zur Über wachung kann irgendeine bekannte Anordnung be nutzt werden, z. B. ein Relais 23, das über den Gleichrichter 22 und den Stromwandler 21 vom Stromkreis des Generators 20 gespeist wird. Der Wandler 21 dient zur galvanischen Trennung des Relaiskreises von dem Stromkreis des Generators 20. Durch die galvanische Trennung wird bewirkt, dass das Relais 23 abfällt, wenn der Generator 20, z. B. infolge einer Störung, einen Gleichstrom ab geben sollte.
Will man eine erhöhte Sicherheit, so kann man das Relais 23 auf die Frequenz des Ge- nerators 20 abstimmen, was bei einem wechselstrom gespeisten Relais auf mechanischem Wege, bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung auch durch elektrische Abstimmung des speisenden Kreises möglich ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Einrichtung nach Fig. 1 auch so abgeändert werden, dass die Resonanzfrequenz des stromgespei sten Schwingungskreises auf dem Fahrzeug durch zeitlich periodische Veränderung des Schwingkreis- kondensators oder der Schwingkreisinduktivität stets gleich der Betriebsfrequenz des speisenden Genera- tors gemacht wird. Es genügt dann, statt der drei in Fig. 1 gezeichneten Übertragungskreise nur einen dieser Kreise anzuordnen.
Damit dann beim An sprechen des Impulsrelais oder einer gleichwertigen elektronischen Schaltung die Resonanzfrequenz des beeinflussenden Gleismagneten erkannt werden kann, ist noch eine besondere Einrichtung notwendig, die aus dem Ansprechzeitpunkt die in diesem Augen blick vorhandene Frequenz des speisenden Genera- tors ermittelt.
Besonders zweckmässig ist, die Erfindung auf Einrichtungen zur induktiven Zugbeeinflussung anzu wenden, bei welchen die Übertragungskreise auf dem Fahrzeug nicht abgestimmt sind. Ein Beispiel für eine derartige Anordnung zeigt Fig. 3. Der Grund gedanke der in Fig. 3 benutzten übertragungsschal- tung, auf welche die Erfindung angewendet werden soll, ist in der deutschen Patentschrift Nr. 703 573 für ein Gleismagnetprüfgerät beschrieben worden. Während dieses Prüfgerät erkennen lässt, ob ein Gleismagnet auf die richtige Resonanzfrequenz ab gestimmt ist, wird die in Fig. 3 dargestellte Schal tung verwendet, um die Beeinflussung zum Zwecke der Signalübertragung durch einen derartigen Gleis magneten anzuzeigen.
Zur Übertragung dienen in Fig. 3 zwei Stromkreise. Der eine wird vom Gene rator 30 gespeist und enthält die Wicklungen 31 und 32. Der andere Stromkreis enthält die Wicklun gen 33 und 34. Die Wicklungen 31 und 33 sind auf den Kern 35 aus Eisen oder Ferrit gewickelt, der sich in einem nach unten offenen Abschirmge- häuse 36 befindet. Dieses Gehäuse ist so am Fahr zeug angeordnet, dass bei der Vorbeifahrt an einem Beeinflussungspunkt die Wicklung eines Gleismagne ten 63 oder 64 mit den Wicklungen 31 und 33 gekoppelt wird.
Die Wicklungen 32 und 34 sowie die Wicklung 37 gehören zu einem übertrager 38, der ebenfalls einen Eisen- oder Ferritkern hat. An den Stromkreis mit den Wicklungen 33 und 34 sind über den Verstärker 39 und die Bandfilter 40 bis 43 die Signalempfänger 44 bis 47 angeschlossen.
Zur Erklärung der grundsätzlichen Wirkungs weise sei zunächst angenommen, dass die Wicklung 37 des übertragers 38 nicht vorhanden ist. Die Wicklungen 31 bis 34 sind so angeschlossen und ihre Windungszahlen sind so gewählt, dass die beiden beschriebenen Stromkreise induktiv entkoppelt sind. Speist der Generator 30 den an ihn angeschlossenen Kreis, so erscheint am Eingang des Verstärkers 39 keine Spannung. Wird nun die Wicklung eines Gleis magneten mit den Wicklungen 31 und 33 gekoppelt, so induziert die Wicklung 31 in der Gleismagnet wicklung eine Spannung.
Der im Gleismagneten flie ssende Strom hat zur Folge, dass auch in der Wick lung 33 eine Spannung induziert wird, und es ent steht daher auch eine Spannung am Eingang des Verstärkers 39. Diese Spannung wird dann ein Ma- ximum erreichen, wenn die Frequenz des Generators 30 mit der Resonanzfrequenz des Gleismagneten übereinstimmt.
Es wird nun die Frequenz des Generators 30 zeitlich periodisch verändert, und zwar in einem Frequenzbereich, der die Resonanzfrequenzen aller Gleismagnete umfasst, die zur Beeinflussung der be schriebenen Einrichtung vorgesehen sind. Die Fre quenzmodulation kann auch hier beispielsweise durch einen Generator 48 niedriger Frequenz bewirkt wer den, der die Wicklung 49 speist. Diese Wicklung ist auf der Drossel des frequenzbestimmenden Kreises 50 des Generators 30 so angeordnet, dass eine Span nung in die Schwingkreiswicklung dieser Drossel nicht übertragen werden kann, dass aber die Perme abilität des Drosselkernes durch den vom Generator gelieferten Strom beeinflusst wird.
Stimmt nun die Frequenz des Generators 30 bei der Beeinflussung mit der Resonanzfrequenz des angekoppelten Gleis magneten überein, so entsteht eine Spannung dieser Frequenz am Ausgang des Verstärkers 39. Sie wird über eines der Bandfilter 40 bis 43 demjenigen Empfänger 44 bis 47 zugeleitet, der für den Emp fang des betreffenden Signals vorgesehen ist.
Zur Prüfung, ob die Frequenzmodulation den erforderlichen Frequenzbereich umfasst und ob die Übertragungskreise voll betriebsfähig sind, dienen in Fig. 3 zwei Prüfschwingungskreise, von denen der eine den Kondensator 51 und die Drossel 52, der andere den Kondensator 53 und die Drossel 54 enthält. Einer der beiden Kreise ist auf die obere Grenzfrequenz, der andere auf die untere Grenz- frequenz des Modulationsbereiches der Frequenz des Generators 30 abgestimmt. Die beiden Prüfschwin gungskreise sind durch die Wicklung 37 des Über tragers 38 an die beiden Übertragungskreise lose an gekoppelt.
Damit die Prüfschwingungskreise sich ge genseitig nicht beeinflussen, können sie durch einen Entkopplungsübertrager 55 mit den Wicklungen 56 und 57 voneinander induktiv entkoppelt werden. Die Prüfschwingungskreise wirken auf die beiden Übertragungskreise ebenso wie ein angekoppelter Gleismagnet. Die Bandfilter 40 und 43 mögen nun auf die beiden Grenzfrequenzen des Modulations bereiches abgestimmt sein. Dann sprechen die Emp fänger 44 und 47 abwechselnd an, wenn die Fre quenzmodulation ordnungsgemäss arbeitet und hier bei den ganzen erforderlichen Frequenzbereich über streicht.
Das abwechselnde Ansprechen der Emp fänger 44 und 47 kann durch eine besondere Ein richtung 58 überwacht und beispielsweise durch ein Relais 59 angezeigt werden. Nicht überwacht sind bei der beschriebenen Einrichtung lediglich die bei den der Signalübertragung dienenden Bandfilter 41 und 42 und die zugehörigen Empfänger 45 und 46. Eine Überwachung dieser Teile ist aber dadurch möglich, dass für jeden Beeinflussungsvorgang die Kombination der Wirkungen von mindestens zwei unterschiedlich abgestimmten Gleismagneten verwen det wird.
Die Toleranzgrenzen für die Resonanzfrequenzen der Gleismagnete können um so weiter gesetzt wer den, je grösser man den bei der Frequenzmodulation überstrichenen Frequenzbereich und je weiter man die Durchlassbereiche der Filter 40 bis 43 macht.
Die Frequenz, bei der das Spannungsmaximum am Verstärker 39 auftritt, stimmt mit der Resonanzfre quenz des beeinflussenden Gleismagneten um so bes ser überein, je kleiner - aber zur Beeinflussung noch ausreichend - der Kopplungsfaktor zwischen den Wicklungen 31 und 33 und der Wicklung des be einflussenden Gleismagneten, je kleiner der Kopp lungsfaktor zwischen den Prüfschwingungskreisen und den Übertragungsstromkreisen ist und je geringer die Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz des Ge- nerators 30 gewählt wird.
Die Zahl der unterschiedlichen Übertragungsfre quenzen kann auch grösser gewählt werden, als in Fig. 3 dargestellt ist, wenn man die Anzahl der Bandfilter und der Signalempfänger entsprechend ver mehrt, was durch die strichpunktierte Linie in der Stromzuführung zu den Bandfiltern 42 und 43 ange deutet ist. Begnügt man sich mit einer geringeren Übertragungssicherheit des Systems, so kann man auch mit einem einzigen Prüfschwingungskreis aus kommen. Ferner kann man den vom Generator 48 abgegebenen Strom auf die in Fig. 1 dargestellte Art überwachen. Die Prüfschwingungskreise können auch über den Kern 35 mit den übertragungskreisen gekoppelt werden.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Übertragungssysteme beschränkt, bei welchen der die Übertragung bewirkende, keine Stromquelle ent haltende Schwingungskreis induktiv an die stromge speisten Übertragungskreise angekoppelt wird. Ihre Anwendung ist auch bei Übertragungssystemen denk bar, bei denen die Ankopplung auf einem anderen Wege, z. B. kapazitiv, erfolgt. Die Erfindung kann ausser für die anhand der Beispiele beschriebenen Einrichtungen zur Zugbeeinflussung auch für Ein richtungen mit einer Übertragung vom Zug auf die Strecke, z. B. zur Übertragung einer Zugkennung oder dergleichen, verwendet werden.