Empfangseinrichtung für in periodischer Folge sich wiederholende Stromimpulse mit vorgegebener Dauer der Impulse und der Impulslücken Für die Übertragung von Befehlen und zur Mel dung von Zuständen sind in der Technik des Eisen bahnsicherungswesens schon verschiedentlich peri odisch sich wiederholende Stromimpulse angewendet worden, vor allem bei Schienenstromkreisen zur Gleisbelegt- und Gleisfreimeldung. Hierzu sind haupt sächlich Resonanzrelais mit abgestimmten, schwin genden Massen im Gebrauch. Diese mechanischen Schwinger müssen aber dauernd den ankommenden Stromimpulsen folgen, sind also einer sehr grossen Beanspruchung unterworfen.
Es sind noch Anord nungen bekannt, bei welchen eine Trägerfrequenz mit einer anderen Frequenz moduliert ist. Diese Anordnung bedingt eine zweifache Filterung, und zwar einerseits für die Trägerfrequenz und anderseits für die Modulationsfrequenz, um Störeinflüsse sei tens der Traktionsströme von der Empfangseinrich tung fernzuhalten. Ein schwerwiegender Nachteil dieser Einrichtung ist, dass die Filter nicht überwacht werden können.
Es sind auch Empfangseinrichtungen bekannt, welche auf die Impulsfolge selbst selektiv sind, so dass sie den Sicherungsanforderungen genügen. Es muss aber der Nachteil in Kauf genommen werden, dass eintreffende Störspannungen die Einrichtung so beeinflussen, dass z. B. eine Gleisbelegung vorge täuscht wird und die Strecke somit nicht ohne wei teres befahren werden darf, was sich für den Eisen bahnbetrieb sehr nachteilig auswirkt.
Ein bekanntes Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, dass parallel zu einem Teil einer Relais anordnung ein Transistor liegt, der von den eintref fenden Stromimpulsen gesteuert wird, wobei die Re laisanordnung derart zeitlich verzögert -arbeitet, dass sie die Arbeitsstellung nur dann einnehmen kann, wenn die zeitlichen Längen und Lücken der ein treffenden Stromimpulse der Verzögerung der Relais anordnung entsprechen.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es nur Kurzschlüsse und Unterbrüche im Transistor als Störungen anzeigt. Wenn der Transistor hingegen infolge des Defektes einen Leitwert einnimmt, der zwischen Kurzschluss und Unterbruch liegt, so kann das zum Ansprechen des Empfängers führen, an statt zur Anzeige einer Störung.
Dieser Nachteil wird durch die vorliegende Er findung behoben.
Sie besteht im wesentlichen aus einem durch die periodischen Stromimpulse gesteuerten Transduktor in Nebenschlussschaltung (siehe Storm, Magnetic Amplifiers, 1955, Seite 125 ff.) und einer zwei Steuer kreise aufweisenden Relaisanordnung, wobei Teile der Relaisanordnung so verzögert sind, dass sie in der Arbeitsstellung nur dann verharren können, wenn die zeitlichen Längen und Lücken der eintreffenden Stromimpulse der Verzögerung entsprechen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerkreis der Re laisanordnung im Steuerkreis des Transduktors, der andere Steuerkreis der Relaisanordnung im Lastkreis des Transduktors liegt.
Durch die Steuerung des Stromes im einen Steuerkreis der Relaisanordnung mittels des Stromes im anderen Steuerkreis der Relaisanordnung kann das gleichzeitige Fliessen der Erregerströme in den beiden Steuerkreisen der Relaisanordnung zwang läufig ausgeschlossen und damit ein Ansprechen der Empfangseinrichtung verunmöglicht werden.
Eine besondere Anwendung einer derartigen Empfangseinrichtung für in periodischer Folge sich wiederholende Stromimpulse betrifft eine Belegt meldeeinrichtung in Schienenstromkreisen.
Diese Schienenstromkreise müssen eine ganz be sonders hohe Störsicherheit aufweisen, da sie zur Gleisfreimeldung dienen und somit, solange sie das Gleis freimelden, das Fahren eines weiteren Zuges erlauben. Dadurch können durch unzeitiges Frei melden des belegten Gleises grosse Unglücke ent stehen. Die Gefahr unzeitiger Freimeldung ist bei diesen Stromkreisen zufolge der Traktionsrückströme bei elektrifizierten Strecken, oder aber durch vaga bundierende Ströme starker Energieverteilnetze er heblich.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine solche Empfängerschaltung in ihrer prinzipiellen Ausführung, in der der Transduk- tor 2 ein gesteuerter Transformator 24 ist. Die Re laisanordnung ist mit 3, 4 bezeichnet. Ein Wechsel stromgenerator 1 mit hohem Innenwiderstand ist an eine Wicklung 21 des Transformators angeschlossen. Eine weitere Wicklung 23, die Lastwicklung, speist über den Gleichrichter 31 ein Relais 32. Ein zweites Relais 41 ist mit der Steuerwicklung 22 in Serie ge schaltet. Die Steuerspannung, z. B. von einem iso lierten Gleisabschnitt kommend, wird an die Klem men<I>A</I> und<I>B</I> gelegt. Das Relais 41 und die Steuer wicklung 22 sind so dimensioniert, dass der Trans formator 24 bereits gesättigt ist, wenn in der Steuer wicklung 22 ein Strom fliesst, der kleiner ist als der Abfallstrom des Relais 41.
Ist der Strom durch das Relais 41 so gross, dass dieses anziehen kann, so ist der Transformator so stark übersättigt, dass er die Energie des Oszillators nicht mehr auf das Re lais 32 übertragen kann, und dadurch das Relais 32 abfällt. Wird nun die Steuerwicklung 22 mit Strom impulsen gespeist, so ist das Relais 41 während der Impulse, und das Relais 32 während der Pausen an gezogen. Um zu verhindern, dass bei Speisung mit einer Impulsfolge die beiden Relais 32 und 41 peri odisch anziehen und abfallen und um vielmehr die Speisung mit der vorgeschriebenen Impulsfolge gerade dadurch anzuzeigen, dass beide Relais 32 und 41 gleichzeitig und dauernd in der Arbeitsstellung ver harren, das heisst angezogen bleiben, werden die bei den Relais 32 und 41 verzögert.
Die Verzögerung kann beispielsweise mittels Kondensatoren 33 und 41 erfolgen und wird so bemessen, dass die beiden Relais 32 und 41 gleichzeitig angezogen sind, wenn die Dauer der Impulse und die Dauer der Lücken zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der vorgeschriebenen Impulsfolge, den Verzögerungen entsprechen.
Selbstverständlich können an Stelle von Konden satoren andere Verzögerungsmittel elektrischer oder mechanischer Art wie Kurzschlusswicklungen auf den Relaiskernen, oder pneumatische Dämpfer in Ver bindung mit den Relaisankern usw. verwendet wer den. Bei manchen Anwendungen ist es erwünscht, den Oszillator nicht mit dem Steuerkreis zu belasten. In diesem Falle kann ein Transduktor 2 mit zwei ge steuerten Transformatoren, wie das in Fig. 2 gezeigt ist, angewendet werden.
Ein Wechselstromgenerator mit hohem Innen widerstand 1 ist an die Wicklung 2 des einen Trans formators 24 und an die Wicklung 25 des anderen Transformators 28 angeschlossen. über die in Serie geschalteten Lastwicklungen 23 und 26 der Trans formatoren 24 und 28 und über den Gleichrichter 31 wird das mit dem Kondensator 33 verzögerte Relais 32 gespeist. Das mit dem Kondensator 42 ver zögerte Relais 41 liegt in Serie mit den Steuer wicklungen 22 und 27 der Transformatoren 24 bzw. 28. Die Steuerwicklungen 22 und 27 sind derart zu sammengeschaltet, dass die Grundwelle und die un geraden Harmonischen der in diese Wicklungen 22 und 27 transformierten Oszillatorwechselspannung im Steuerkreis keine Wirkung haben können.
Transduktorschaltungen, welche die beiden Transformatoren 24 und 28 auf einem mehrschenk- ligen Kern vereinigen, sind ebenfalls bekannt.
Anstelle der beiden in den Fig. 1 und 2 ge zeigten Relais 32 und 41 kann die zur Schaltung ge hörige Relaisanordnung 3, 4 auch aus anderen Ele menten aufgebaut sein. So kann zum Beispiel ein Zweikernrelais mit zwei getrennten Spulen, jedoch mit gemeinsamem Joch und Anker verwendet wer den. Ein solches Relais hat die Eigenschaft, dass der Anker nur dann angezogen wird, wenn beide Spulen gleichzeitig und im selben Sinne erregt sind. Bei der Ausführung der Schaltung mit einem Zweikernrelais liegt die eine Relaisspule im Steuerkreis, die andere im Lastkreis des Transduktors.
Ebenso kann die Relaisanordnung aus mehr als zwei Relais bestehen; ein Teil der Relais liegt dann im Steuerkreis, der andere im Lastkreis des Trans- duktors.
Bei der Verwendung der Empfangseinrichtung im Eisenbahnsicherungswesen, insbesondere für Gleisfreimeldung, muss die Schaltung in bezug auf die Sicherheit sehr hohen Anforderungen genügen. Die Schaltungen gemäss Fig. 1 und 2 erfüllen diese Bedingungen. Ein Unterbruch in irgendeinem Strom kreis hat in beiden Schaltungen das sofortige Ab fallen eines der beiden Relais zur Folge.
Ein Kurzschluss an einer beliebigen Wicklung des Transformators auf Fig. 1 wird transformatorisch auf die Wicklung 21 übertragen, und die Wechsel spannung am Transformator bricht infolge des hohen Innenwiderstandes des Wechselstromgenerators 1 zu sammen. Dadurch fällt das Relais 32 ab.
Ein Kurzschluss an einer Wicklung eines der beiden Transformatoren in der Schaltung gemäss Fig. 2 erscheint transformatorisch wiederum an allen Wicklungen des betreffenden Transformators.
Ist der Steuerkreis für den Wechselstrom nieder- ohmig, so wird auch der andere Transformator kurz geschlossen, und das Relais 32 fällt ab. Ist der Steuer- kreis hochohmig so wird die Spannung am Relais 32 durch den Kurzschluss auf die Hälfte herabsinken. Diese Annahme der Spannung kann bei geeigneter Dimensionierung des Oszillators und mit Relais mit günstigem Halteverhältnis entweder das sofortige Abfallen des Relais 32 bewirken, oder sie kann dazu führen, dass das Relais 32, wenn es einmal abgefallen ist, z. B. infolge einer Gleisbelegung, nachher nicht mehr anzieht.
Ausser Kurzschlüssen an einer Wicklung können auch Kurzschlüsse zwischen zwei Wicklungen auf treten.
Aus der beschriebenen Funktionsweise der Emp fangseinrichtung ist ersichtlich, dass unbedingt ver hindert werden muss, dass das Relais 32 im Lastkreis infolge eines Kurzschlusses zwischen Lastwicklung und Steuerwicklung vom Steuerstrom durchflossen und zum Anzug gebracht wird. Diese Gefahr kann vermieden werden, indem die Steuerwicklungen und die Lastwicklung auf zwei verschiedenen Schenkeln des Transformatorkernes untergebracht sind.
Ausser Unterbruch- und Kurzschlusssicherheit kann noch gefordert werden, dass in einer Schaltung inner halb eines Arbeitszyklus alle Relais einmal arbeiten müssen. Wird die Empfangseinrichtung z. B. gemäss Fig. 2 zur Belegtmeldung verwendet, indem der Steuerkreis über das Gleis mit einer den Relaisver zögerungen entsprechenden Impulsfolge gespeist wird, so werden bei Nichtbelegung beide Relais an gezogen sein und bei Belegung, wenn im Steuerkreis kein Strom fliesst, fällt das Relais 41 ab; das Relais 32 hingegen bleibt angezogen. Das Relais 32 fällt also im normalen Betrieb nicht ab, sondern nur dann, wenn der Steuerkreis mit einem Störsignal, z. B. mit Dauerstrom, gespeist wird. Relais 32 arbeitet somit nur im Störungsfall. Damit auch das Relais 32 in seiner Arbeitstüchtigkeit geprüft ist, soll es bei jeder Belegung abfallen.
Dies wird nach Fig.3 dadurch erreicht, dass in den Lastkreis in Serie mit dem Relais 32 ein Arbeitskontakt 411 des Relais 41 ge schaltet wird.
Ebenso kann für andere Anwendungen erreicht werden, dass das Relais 41 bei Dauerstrom im Steuer kreis abfällt, indem parallel zu diesem Relais ein Ruhekontakt 321 des Relais 32 geschaltet wird (siehe Fig. 3 gestrichelter Stromkreis).
Bei elektrisch betriebenen Bahnen treten, wie ein gangs erwähnt, z. T. erhebliche Störspannungen durch die Traktionsströme auf, die die Impulsfolge ver fälschen und dadurch eine Gleisbelegung bei freiem Gleisabschnitt, also eine Betriebsstörung verursachen können. Zur Vermeidung solcher Betriebsstörungen wird der Gleisstromkreis am besten mit Strom impulsen gespeist, welche aus einem Wechselstrom aufgebaut sind, also pro Impuls eine bestimmte An zahl von Perioden umfasst. Dieses Vorgehen erlaubt die Anwendung von beliebig aufgebauten Filtern, die z. B. die Frequenz des für die Erzeugung der Impulse verwendeten Wechselstromes oder das Band ober- oder unterhalb der Störfrequenz durchlassen, je nach der Wahl der Frequenz für die Speisung des Schienenstromkreises.
Da die Empfangseinrichtung nur dann das Gleis freimelden kann, wenn sie selber ohne Fehler ist, und wenn die bestimmte Folge von Impulsen und Lücken eintrifft, so ist durch die Empfangseinrichtung das Filter auf Defekte über prüft.
Durch die Verwendung von mehreren, auf ver schiedene Stromfolgen abgestimmten Empfängern, ist es möglich, über den Schienenstromkreis verschiedene Begriffe zu übertragen.
Zur Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit kön nen der Empfangseinrichtung Verstärkerstufen vor geschaltet werden. Auch diese sind, wie ein even tuell vorgeschaltetes Filter, durch die Empfangsein richtung überprüft.
Receiving device for periodically repeating current impulses with a specified duration of the impulses and the impulse gaps For the transmission of commands and the reporting of states, in railway safety technology, periodically repeating current impulses have been used on various occasions, especially in rail circuits to the track occupied - and track vacancy detection. For this purpose, resonance relays with coordinated, oscillating masses are mainly used. However, these mechanical oscillators must constantly follow the incoming current impulses and are therefore subject to a very high level of stress.
There are also known arrangements in which a carrier frequency is modulated with another frequency. This arrangement requires double filtering, on the one hand for the carrier frequency and on the other hand for the modulation frequency, in order to keep interference from the traction currents from the receiving device. A serious disadvantage of this device is that the filters cannot be monitored.
Receiving devices are also known which are selective to the pulse train itself so that they meet the security requirements. However, the disadvantage must be accepted that incoming interference voltages affect the device in such a way that z. B. a track occupancy is faked and the route is therefore not allowed to drive on without wei teres, which is very detrimental to rail operations.
A known method is characterized in that parallel to part of a relay arrangement is a transistor which is controlled by the incoming current pulses, the relay arrangement working with such a time delay that it can only assume the working position when the temporal lengths and gaps of the current impulses occurring correspond to the delay of the relay arrangement.
This method has the disadvantage that it only shows short circuits and interruptions in the transistor as faults. If, on the other hand, the transistor assumes a conductance value that lies between short circuit and interruption as a result of the defect, this can lead to the receiver responding instead of displaying a fault.
This disadvantage is remedied by the present invention.
It consists essentially of a transducer controlled by the periodic current pulses in a shunt circuit (see Storm, Magnetic Amplifiers, 1955, page 125 ff.) And a relay arrangement having two control circuits, parts of the relay arrangement being delayed so that they are only in the working position can then pause when the temporal lengths and gaps of the incoming current pulses correspond to the delay, and is characterized in that one control circuit of the relay arrangement is in the control circuit of the transducer, the other control circuit of the relay arrangement in the load circuit of the transductor.
By controlling the current in one control circuit of the relay arrangement by means of the current in the other control circuit of the relay arrangement, the simultaneous flow of excitation currents in the two control circuits of the relay arrangement can inevitably be ruled out, thus making it impossible for the receiving device to respond.
A special application of such a receiving device for current pulses repeating in a periodic sequence relates to an occupancy reporting device in rail circuits.
These rail circuits must have a particularly high level of immunity to interference, since they are used for track vacancy detection and thus, as long as they report the track vacant, allow another train to run. This can lead to major accidents if the track is not being used in good time. In these circuits, the risk of untimely vacancy is considerable due to the traction return currents on electrified routes, or due to vague currents from strong energy distribution networks.
FIGS. 1 to 3 show exemplary embodiments of the invention.
1 shows such a receiver circuit in its basic design, in which the transducer 2 is a controlled transformer 24. The relay arrangement is labeled 3, 4. An alternating current generator 1 with a high internal resistance is connected to a winding 21 of the transformer. Another winding 23, the load winding, feeds a relay 32 via the rectifier 31. A second relay 41 is connected in series with the control winding 22. The control voltage, e.g. B. Coming from an insulated track section, the terminals <I> A </I> and <I> B </I> are connected. The relay 41 and the control winding 22 are dimensioned such that the transformer 24 is already saturated when a current flows in the control winding 22 that is smaller than the waste current of the relay 41.
If the current through relay 41 is so high that it can pick up, the transformer is so oversaturated that it can no longer transfer the energy of the oscillator to relay 32, and relay 32 drops out as a result. If the control winding 22 is now fed with current pulses, the relay 41 is pulled during the pulses and the relay 32 during the breaks. In order to prevent the two relays 32 and 41 from picking up and dropping periodically when they are fed with a pulse train, and rather to indicate the supply with the prescribed pulse train by the fact that both relays 32 and 41 are simultaneously and permanently in the working position This means that they remain attracted, the relays 32 and 41 are delayed.
The delay can take place, for example, by means of capacitors 33 and 41 and is measured in such a way that the two relays 32 and 41 are activated at the same time if the duration of the pulses and the duration of the gaps between two successive pulses correspond to the prescribed pulse train.
Of course, instead of capacitors, other electrical or mechanical delay means such as short-circuit windings on the relay cores, or pneumatic dampers in connection with the relay armatures, etc. can be used. In some applications it is desirable not to load the oscillator with the control circuit. In this case, a transducer 2 with two ge controlled transformers, as shown in Fig. 2, can be used.
An alternator with a high internal resistance 1 is connected to the winding 2 of a transformer 24 and to the winding 25 of the other transformer 28. Via the series-connected load windings 23 and 26 of the transformers 24 and 28 and via the rectifier 31, the relay 32 delayed with the capacitor 33 is fed. The delayed with the capacitor 42 relay 41 is in series with the control windings 22 and 27 of the transformers 24 and 28, respectively. The control windings 22 and 27 are connected in such a way that the fundamental wave and the uneven harmonics in these windings 22 and 27 transformed oscillator AC voltage in the control circuit cannot have any effect.
Transductor circuits which combine the two transformers 24 and 28 on a multi-leg core are also known.
Instead of the two relays 32 and 41 shown in FIGS. 1 and 2, the relay assembly 3, 4 belonging to the circuit can also be constructed from other elements. For example, a two-core relay with two separate coils, but with a common yoke and armature, can be used. Such a relay has the property that the armature is only attracted when both coils are excited at the same time and in the same sense. When the circuit is implemented with a two-core relay, one relay coil is in the control circuit, the other in the load circuit of the transducer.
The relay arrangement can also consist of more than two relays; Some of the relays are then in the control circuit, the other in the load circuit of the transducer.
When the receiving device is used in railway safety systems, especially for track vacancy detection, the circuit must meet very high requirements with regard to safety. The circuits according to FIGS. 1 and 2 meet these conditions. An interruption in any circuit has the immediate drop in one of the two relays in both circuits.
A short circuit on any winding of the transformer in FIG. 1 is transmitted by means of a transformer to winding 21, and the alternating voltage on the transformer breaks down due to the high internal resistance of alternating current generator 1. This causes the relay 32 to drop out.
A short circuit on a winding of one of the two transformers in the circuit according to FIG. 2 appears in turn on all windings of the transformer in question.
If the control circuit for the alternating current has a low resistance, then the other transformer is also short-circuited and the relay 32 drops out. If the control circuit has a high resistance, the voltage on relay 32 will drop by half as a result of the short circuit. This assumption of the voltage can, with suitable dimensioning of the oscillator and with relays with a favorable hold ratio, either cause the relay 32 to drop out immediately, or it can cause the relay 32 to drop out once it has dropped out, e.g. B. as a result of track occupancy, then no longer attracts.
In addition to short circuits on one winding, short circuits between two windings can also occur.
From the described functionality of the receiving device it can be seen that it is imperative to prevent the relay 32 in the load circuit from flowing through the relay 32 in the load circuit as a result of a short circuit between the load winding and the control winding from the control current flowing through it and causing it to pull. This risk can be avoided by accommodating the control windings and the load winding on two different legs of the transformer core.
In addition to interruption and short-circuit protection, it can also be required that all relays in a circuit must work once within a work cycle. If the receiving device z. B. used according to Fig. 2 for the occupancy report by the control circuit is fed via the track with a pulse train corresponding to the Relaisver delays, so both relays will be pulled on when not in use and when there is no current in the control circuit, the relay 41 falls from; the relay 32, however, remains attracted. The relay 32 does not drop in normal operation, but only when the control circuit with an interfering signal, z. B. is fed with continuous current. Relay 32 therefore only works in the event of a fault. So that the relay 32 is also checked in its workability, it should drop out with each occupancy.
This is achieved according to Figure 3 in that a normally open contact 411 of the relay 41 is switched into the load circuit in series with the relay 32.
Likewise, it can be achieved for other applications that the relay 41 drops out when there is a constant current in the control circuit by connecting a break contact 321 of the relay 32 in parallel with this relay (see FIG. 3, dashed circuit).
When electrically powered railways occur, as mentioned a gear, z. T. considerable interference voltages due to the traction currents, which falsify the pulse train ver and thus a track occupancy with a free track section, so can cause a malfunction. To avoid such malfunctions, the track circuit is best fed with current pulses, which are made up of an alternating current, so includes a certain number of periods per pulse. This procedure allows the use of arbitrarily structured filters that z. B. let through the frequency of the alternating current used to generate the pulses or the band above or below the interference frequency, depending on the choice of frequency for feeding the rail circuit.
Since the receiving device can only report the track clear if it is free of errors itself, and if the specific sequence of pulses and gaps arrives, the filter is checked for defects by the receiving device.
By using several receivers that are matched to different current sequences, it is possible to transmit different terms over the track circuit.
To increase the responsiveness, amplifier stages can be connected upstream of the receiving device. Like a possibly upstream filter, these are also checked by the receiving device.