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Einrichtun- zum elektrischen Fernzünden und
C
Fernüberwachen
von gasbetriebenen Weichenheizungen L'
| Die Erfinduti,1 betrifft eine Einrichtune, zum elek- |
| trischen Fernzünden und Fernüberwachen von gas- |
| betriebenen Weichenheizungen, welche je Weiche |
| mehrere Brentistellen und diesen zugeordnete elek- |
| trische Zündvorrichtungen aufweist, die alle über |
| eine -cmeinsame, bis zum Weicheribereich aeführte |
| Zündstroinversort#unasleituno mit Strom versorgt |
| werden. |
| Zur Vcriiieidtin,) des Einfrierens von Weichen so- |
| wie zur Verhinderun- der Bilduna von Schpee- und |
| Eisdecken auf Weichen werden Weichen bekanntlich |
| beheizt, Einrichtungen zum elektrischen Fernzünden |
| und Fernüberwachen von #_msbetriebenen Weichen- |
| heizutiL#cii. die aus einer \7ielzahl von Brennstellen |
| und diesen zugeordneten elektrischen Zündvorrich- |
| tLinL,cn bestehend sind daher in vv-rschiedenen Aus- |
| führun!!sformen bekannt. Bei einer bekannten Aus- |
| führunosform sind die Zündvorrichtunaen aller |
| Brennstellen parallel geschaltet. Sie werden notwen- |
| di(lerweise gleichzeitig betrieben, nämlich elekirisch |
| aufgeheizt. Allerdings sind -auch Maßnahmen be- |
| kannt, bei einer derarügen Einrichtung den Strom- |
| verbrauch für das Beheizen der Zündvorrichtun '
gen |
| möglichst niedrig zu halten. Dazu ist an jeder Brenn- |
| stelle ein Tliermoumschaller aii-eordnet, der bei Er- |
| \V;, |
| armen einen vorher überbrückten Vorwiderstand |
| in die elektrische Leitunc, für die Zünderheizun- ein- |
| schaltet, welcher so bernessen ist, daß der Heizstrom |
| und damit die Heizleistung dieser Zünderheizung so |
| Nveit lieraligesetzt wird. daß bei warmer Brennstelle |
| die durch zufälli-e Einflüsse aus-elöschte Flamme |
| noch mit Sicherheit wieder cezündet wird. Die bis |
| zur Welche 2eführte ZiiiidstromversorYun£isleitun2 |
| muß offenbar für den gleichzeitigen vollen Betrieb |
| aller Zündvorrichtun2en dimensioniert sein. Das ist |
| aufwendig und stößt in der Praxis oft auf erhebliche |
| Schwieritikeiten. In der Praxis steht nämlich häufig |
| für den Anschluß der Zündvorrichtun-en nur ein |
| Si"nalkabel geringen Querschnitts zur Verfügung, in |
| dem es bei einer Länge bis züi mehreren Kilometern |
| zu nicht trag ; baren Spannungsverlusten kommen |
| würde. Im übrigen ist es bekannt, bei derartigen Ein- |
| richtungen zum elektrischen Fernzünden von gas- |
| betriebenen Weichenheizunaen auch Maßnahmen zur |
| Fernüberwachung der -asbetriebenen Weichenhei- |
| zungen durchzuführen. Dazu ist z. B. bei der vorbe- |
| schriebenen bekannten AusfÜhrungsforin ein Kon- |
| trollinstrument angeordnet, über das der Heizstrom |
| für dieZündvorrielitungen geleitet wird und das beim |
| Anschalten der Zünderheizungen Vollausschlag |
| zeigt. Das ist offenbar insofern nicht besonders sicher, |
| da das Kontrollinstrument nicht sehr genau erkennen |
läßt, wie viele Zündvorrichtun-en eingeschaltet,
d. h. ob ein oder mehrere
Brennstellen erloschen sind. Daher sieht man zumeist ergänzende Maßnahmen vor, indem
man den erwähnten Thermoumschalter einem zweiten, der zusätzlichen Zündkontrolle
dienenden Stromkreis zuordnet, der von dem Thermoumschalter geschaltet wird. Das
ist offenbar ein zusätzlicher erheblicher Aufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu-runde, eine C el
b
Einrichtuna zum elektrischen Fernzünden und Fernüberwachen von gasbetriebenen
Weichenheizungen der einelanas ange-ebenen Art züi schaffen, die mit geringer Leistung
und folglich unter Verzicht auf Kabel mit großem Leitungsquerschnitt arbeitet und
darüber hinaus auf einfache und zualeich sichere Weise eine im Bedarfsfall bis zur
Identifizierung einer erloschenen Brennstelle durchführbare Fernüberwachung zuläßt.
Diese Aufgabe g wird erfindungs- C ,cremäß dadurch aelöst, daß im Weichenbereich
am Ende der Zündstromversorgungsleitun2 ein Zündstellenunischalter anaeordnet ist-,
der nacheinander immer eine der Zündvorrichtungen mit der Zündstromversorgungsleitung
verbindet, sowie durch Anordnun- einer Überwachungs- und Anzeigevorrichtun-, welche
auf Strom- oder Spannungsimpulse anspricht, die mit dem Weiterschalten des Zündstellenumschalters
entstehen und von denen jeder einer der Zfindvorrichtung zugeordnet ist und dort
beeinflußt wird.
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Im einzelnen läßt sich die Erfindung auf verschiedene Weise verwirklichen.
Eine bevorzugte Ausführungsform, der wegen Einfachheit und Funktionssicherheit besondere
Bedeutung zukommt, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zündstellenumschalter
aus
einem Drehwähler und einem Multivibrator, insbesondere einem Transistor-Multivibrator
besteht, der über eine Leistungsstufe, insbesondere eine Transistorleistungsstufe,
den Drehwähler antreibt.
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Die Gestaltung der überwachungs- und Anzeigevorrichtung ist im einzelnen
im Rahmen der Erfindung beliebig.
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Eine Ausfüh > rungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die
überwachungs- und Anzeigevorrichtung einen im Zündstromkreis liegenden Stromwandler
und einen diesem über einen Gleichrichter nachgeschalteten Meßtransistor aufweist,
in dessen Kollektorkreis ein bei im Zündstromkreis fließenden Zündstromimpulsen
angezogenes überwachungsrelais angeordnet ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
daß die überwachungs- und Anzeigevorrichtung einen in einem eigenen, an den Zündstromkreis
angekoppelten Überwachungsstromkreis liegenden Transformator und einen diesem über
eine Zenerdiode nachgeschalteten Meßtransistor aufweist, in dessen Kollektorkreis
ein bei im Zündstromkreis fließenden Zündstromimpulsen angezogenes Überwachungsrelais
angeordnet ist. Wenn die einzelnen Flammen überwacht werden sollen, wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, an den Brennstellen als Flammenwächter dienende Halbleiterwiderstände
anzuordnen und den Zündstellenumschalter mit einer zweiten Kontaktbahn zu versehen,
über die er nacheinander immer einen der Flammenwächter mit einem überwachungsstromkreis
verbindet, in welchem eine Spannungsteilerschaltung und dieser über eine Zenerdiode
nachgeschaltet ein Meßtransistor liegt, in dessen Kollektorkreis ein bei im überwachungsstromkreis
fließenden Stromimpulsen angezogenes Überwachungsrelais angeordnet ist.
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Die beschriebenen Überwachungen erfassen die Störung einer beliebigen
Zündvorrichtung ohne jede Unterscheidung oder Identifizierung der gestörten Zündvorrichtung.
Bei einer größeren Anzahl von Weichen mit selbst zahlreichen Brennstellen besteht
das praktische Bedürfnis, zumindest unterscheiden zu können, an welcher Weiche eine
Zündstörung aufgetreten ist. Dies kann im Rahmen der Erfindung unschwer dadurch
verwirklicht werden, daß jeder Weiche ein überwachungsrelais zugeordnet und
je-
dem Überwachungsrelais ein Fehlerspeicherrelais nachgeschaltet wird sowie
ein diese Fehlerspeicherrelais abtastendes Abfrageschrittwerk vorgesehen wird, das
an ein synchron laufendes Anzeigeschrittwerk mit nachgeschalteter Speicher- und
Anzeigevorrichtung angeschlossen ist.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß bei der Einrichtung zum elektrischen Fernzünden und Fernüberwachen von
gasbetriebenen Weichenheizungen nach der Erfindung mit geringster Leistung gearbeitet
wird, da tatsächlich stets nur eine Zündvorrichtung an der Zündstroniversorgungsleitung
liegt. Darüber hinaus ist die Fernüberwachung besonders einfach und funktionssicher.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 aus einer Einrichtung nach der Erfindung
das Schaltschema eines Zündstellenurnschalters, F i g. 2 aus einer Einrichtung
nach der Erfindung das Schaltschema einer Überwachungs- und Anzeigevorrichtung für
pauschale Überwachung ,
F i g. 3 a und 3 b aus einer Einrichtung
nach der Erfindung das Schaltschema einer überwachungs-und Anzeigevorrichtung mit
Flammenüberwachung in zwei Varianten und F i g. 4 ein Blockschema für die
Überwachung einer Vielzahl von Weichen mit selektiver Fehleranzeige.
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Der in F i g. 1 dargestellte, im Weichenbereich am Ende der
Zündstromversorgungsleitung angeordnete Zündstellenumschalter arbeitet periodisch
schrittweise. Das Schrittwerk besteht aus einem Drehwähler 1 D
W, wie er in der Fernsprech-Vermittlungstechnik bekannte Verwendung findet,
und einem Transistor-Multivibrator mit den wesentlichen Elementen 1
T 1, 1 T 2, der über eine TransistorleistungsstufelT3 die ErregerspulelSp
des Drehwählers periodisch erregt.
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Die Zeitkonstanten 1R1-1C1 und 1R2-1C2 des astabilen Multivibrators
sind so gewählt, daß ein asymmetrisches Verhältnis mit einer Pause von einigen Sekunden
und einer Erregerzeit von Bruchteilen einer Sekunde entsteht, innerhalb der die
SpulelSp erregt und der Kontaktarm des Drehwählers IDW weitergeschaltet wird. In
F i g. 1 sind im übrigen zwei Zündtransformatoren 1 Tr 1 und
1 Tr 4 dargestellt, an die Glühspiralen Gl angeschlossen sind. Während der
Pausenzeit wird jeweils ein Zündtrafo über die Kontakte des Drehwählers an die Spannung
des Zwischentransformators 1 Tr 3 gelegt. Nicht mit Zündvorrichtungen
belegte. Kontakte, z. B. 5 bis 9 des Drehwählers lDW werden im Schnellrücklauf
ohne Pausenzeit durchlaufen. Dazu wird die negative Halbwelle der Wechselspannung
des Transformators 1Tr3 über den Spannungsteiler1R3 und 1R4 und den Vorwiderstand1R5
dem Transistor1T3 zugeführt und die Spule 1Sp des Drehwählers erregt. Sobald der
Kontaktarm bei der Umschaltung abhebt, ist diese Spannungszufuhr wieder unterbrochen.
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Der nachfolgenden Erläuterung der Maßnahmen zur Überwachung und Anzeige
sei folgendes voraus-,geschickt: Zur pauschalen Überwachung ist die Kontrolle des
Stromflusses in der Zündvorrichtung ausreichend, da die sichere Zündung des Gases
im Prinzip physikalisch gewährleistet ist. Die weitergehende Form der Kontrolle
besteht dagegen ohne Zweifel in der überwachung der brennenden Gasflammen. In beiden
Fällen soll die Überwachung über ein nur aus zwei Adern bestehendes Kabel erfolgen,
mit dem zugleich das Einschalten der Weichenheizung und die Zündstromversorgung
vorgenommen werden kann. Die Überwachung, die bei Bahnanlagen in der Regel von einem
Stellwerk aus vorgenommen wird, muß für beliebige Zündstromeinspelsung,
d. h. gemeinsam vom Stellwerk oder durch ein separates örtliches Netz, geeignet
sein. Die überwachungsleitung ist dabei übrigens stets mit einer, wenn auch geringen
Grundlast beaufschlagt, wie Strom für ein Magnetventil zur Regulierung der Gaszufuhr,
Strom des Zündstellenumschalters und Magnetisierungsstrom derZwischentransformatoren.
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Der Grundaedanke der pauschalen Überwachung nach F i g. 2 besteht
nun darin, Strom- oder Spannungsimpulse über der ständigen Grundlast zur Funktionskontrolle
bzw. ein Ausbleiben dieser Impulse als Fehlermeldung zu nutzen. Der F i
g. 2 liegt der Fall zugrunde, daß die Überwachung und die Zündstromversorgung
über dieselbe Leitung vom
Stellwerk aus erfolgt. Der Zündstrom beträgt
in der Praxis etwa 2011/o der Grundlast auf der überwachungsleitung, die h-.er zugleich
Zündstromversorist. Die beim schrittweisen Umschalten auf die #->jiizelticii Zündstellen
infolae fehlerhalter Unterbrechunty eines beliebi-en Zündkreises entstehende Strornlücke
wird über einen Stromwandler und einen empfindlichen Tratisistorverstärker erfaßt.
Die voni Stromwandler 2 W kommende stromproportionale Spannung wird nach Gleichrichtung
und Glättung dem Meßtransistor 2 T in geeigneter Polarität zugeführt, so daß dieser
im Kollektorkreis seinen vollen Strom führen kann und das überwachungsrelais 2Rel
angezogen hält. Die Spannung am Potentiometer 2P, die der cleichgerichteten Wandlerspannumy
entgegengerichtet ist, dient zur Auskompensation der strommäßiaen Grundbelastung
auf der Überwitclitin#,sleitiiii#,. Sobald nun der Zündstrom ausfällt. führt dies
zum Absinken der Wandlerspanilun(y unter die Kompensationsspannung, die am Potentiometer
2P eingestellt wurde. Infolge der dadurch um gekehrten Polarität der Steuerspannung
C am Meßtransistor 2 T wird das GIberwachungsreIais 2) Rel zum Abfallen gebracht.
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Der Kontakt des Relais betäligt die optische Anzeige2Lp. Der Kondensator2C
dient neben der Glättung der Wandlerspannung zur Zeitverzögerung der Meßeinrichtung,
damit diese nicht bereits auf Stromlücken anspricht, die bei dem normalen periodischen
Umschalten des Zündstellenschalters auftreten, sondern erst bei einem fehlerhaften
Ausfall des Ziiiidsti-omes.
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Bei von der überwachung getrennter Zündstromeinspeisung werden die
Überwachung- und Anzeigevorrichtunu und der Zündstellenumschalter von zwei getrennten
Netzen gespeist. Der Zündstrom wird. wie oben beschrieben, jetzt bereits am Zündstellenumschalter
gemessen und als Meßaröße eine Wechselspannung kapazitiv in den überwachungsstromkreis
eingekoppelt. Der Cberwachungsstromkreis führt Gleichstrom, da über ihn auch das
Einschalten vom Stellwerk her mittels eines Gleichstromrelais erfolgt. In der Anzei-evorrichtun-
wird dann die Meßspannung durch einen Transformator aus der Überwachungsstromleitung
gekoppelt und über eine Zenerdiode dem Meßtransistor zugeführt. Für die Nitessuna
und Anzeige gilt das bereits für den Fall #lemeins2i-.i,lei- Einspeisung Gesagte.
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Eine weiteraehende Form der Überwachunschließt die Kontrolle der brennenden
Gasflanime mit ein, wie es in den F i 2. 3 a und i b erläutert
ist. Als Flainmenwächter dient ein sogenannter NTC-Widerstand (Halbleiter-Widerstand
mit negativem Temperattirkoeffizietiten des Widerstandes) 3R., der einer jeden Zündstelle
zugeordnet ist und durch die Flain nie erwärmt wird. Nach F i u.
3 a wird über eine zNNviic Kontaktbahn des Zündstellenunischalters jede Zündstelle
abgetastet. Bei brennender Flamme, d. h. in heißem Zustand des NTC-Widerstandes
hat sich das Teilverhältnis des aus den Widerständen 3R" und 3R0 gebildeten Spanmingsteilers
so geändert, daß die am Widerstand 3 P, , abfallende
Spaniii.ing die Zenerspannung der Zenerdiode 3Z übersteigt, weil der Widerstand
von 3R, wesentlich kleiiicr geworden ist. Dem Spannungsteiler3R, und 3R. wird jedoch
nur wMrend des Umschaltens des Zündstelleriumschalters über den Ankerkontak-t3D1-1#-IK
des Drehwählers Spannung zugeführt, so daß bei jedem Schritt des Drehwählers und
brennender Flamme ein kurzer Stromimpuls im Kollektorkreis des Meßtransistors3T
auftritt. Die Stromimpulse 1"--#iineii aui die Überwachungsleitung gegeben -und',
C C Il# wie bereits aeschildert, aernessen und an-ezei-i wer-C
b C
den. Es ist aber auch möalich, wie in F i g. i a dar-Z, (yestellt,
die Fehlermeldung in einem Speicherrelais 3S,t#Zet' zu speichern. In1101,ge, eines
Stroraimputses zieht das Relais 3 Rel 1 an und bringt
über den Arbeitskontakt 31a das überwachungsrelais Me12 zum Anzug. Die durch den
Kondensator 3 C und den Widerstand der Relaisspule gebildete Verzögerung
ist so groß, daß das überwachungsrelais 3 Rel 2 bis zum nächsten Stromimpuls
angezogen bleibt. Erst Fehlerspeicherrelais zum Anzug bringen und den beim Ausbleiben
dieses Stromimpulses kann das Relais3Re12 wieder abfallen und seinerseits das Fehler
speichern. Die Bedeutun(Y des Fehlerspeicherrelais 3 SRel wird weiter unten
ausführlicher erläutert. Durch die eben -eschilderte Form der Überwachun- wird überwacht
C
a) die Zündflamme (Flammenwächter), b) der Zündstellenumschalter,
da bei Störung des ZD Zündstellenumschalters ebenfalls die Stromimpulse ausbleiben
und dies zur Störungsmeldung führt.
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Die beschriebene Form der überwachung erfaßt die Störung einer beliebigen
Zündvorrichtung ohne jede Unterscheidung oder Identilizierung der Zündvorriclitung.
Bei einer größeren Anzahl von Weichen mit selbst zahlreichen Brennstellen besteht
für die Überwachung das praktische Bedürfnis, unterscheiden zu können, an welcher
Stelle eine Zündungsstörung, C auf getreten ist. Von besonderer Bedeutung b ist,
um den Aufwand nicht zu hoch zu treiben, die selektive Anzeige der gestörten Weiche.
Hierzu wird auf F i -. 4 verwiesen. Es handelt sich um ein Blockschaltbild,
dessen einzelne Blocks zur Vereinfachung dieser Beschreibung beschriftet worden
sind.
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An jeder Weiche befindet sich ein eigenes Schrittschallwerk der beschriebenen
Art zur Zündstellenumschaltung sowie eine Pauschalüberwachung mit einem überwachungsrelais
und einem Fehlerspeicherrelais. Sollte an einer beliebigen Brennstelle eine Störung
an der Zündung auftreten, so wird diese von dem überwachungsrelais erfaßt und der
Fehler im Fehlerspeicherrelais gespeichert, das Relais zieht an. Ein sogenanntes
Abfrageschrittwerk im Bereich der Weichen (ebenfalls ein Drehwähler mit Transistorantrieb
oder durch den Ankerkontakt eines beliebi-,-en Zündstellenunischalters 'gesteuert)
tastet schrittweise die Fehlerspeicherrelais sämtlicher Weichen ab und stellt fest
ob ein FehlerspeicherreIais angezogen hat.
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Die Informationen des Abfraaeschrittwerkes werden an ein Anzeigeschrittwerk
weitergegeben, das sich in einer von den zu überwachenden Weichen örtlich getrennten
Kontrollstelle, im allgemeinen ein Zentraistellwerk, befindet. Beide Schrittwerke
laufen synchron. Ihre jeweilige Stellung entspricht einer bestimmten, im Moment
abaetasteten Weiche. Die Informationen des Anzeigeschrittwerkes werden in einer
Speicher- und Anzeigevorrichtung ausgewertet. Abfra"e- und Anzei-eschrittwerk sind
wiederum nur durch ein ebenfalls zweiadriges Kabel verbunden. Schrittwerkanlauf
und Synchronisierun- so#.#;ie die Felilermeldung werden durch Signale auf drei verl"
C
schiedenen Spannungspegeln bewirkt. Bei der in Fig.4
gezeichneten Ausführungsforin erfolgt die Stromversorgung aus dem örtlichen Netz2.
Netzl versorgt das Stellwerk. Die Verbindung zwischen Kontrollstation (Stellwerk)
und den Weichen besteht über das zweiadrige KabelL. Der Aufbau der gesamten überwachung
entspricht der bereits geschilderten Anordnung.
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Es bestehen für den Fachmann keine Schwierigkeiten, die beschriebenen
Methoden der überwachung weitgehend kontaktlos auszuführen. d. h., klassische
Relais durch elektronische Schaltglieder, insbesondere bistabile Kippstufen mit
Transistoren u. dgl. zu ersetzen. Am Prinzip der überwachung ändert sich nichts.
Lediglich zum besseren Verständnis des Ganzen wurde in dieser Darstellung weitgehendst
auf die Schaltung mit Relaiskontakten zurückgegriffen. Die Störanfälligkeit ist
eine Funktion der vorhandenen Schaltkontakte. Besonders der Einsatz im Freien erfordert
Schutzmaßnahmen gegen schädliche klimatische Einflüsse. Durch Verwendung von Halbleiterbauelementen
an Stelle von mechanischen Kontakten läßt sich die Betriebssicherheit wesentlich
erhöhen. Wie weit diese Transistorisierung durchgeführt werden soll, ist ausschließlich
eine Frage des wirtschaftlichen Aufwandes.
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Im Schaltbild F i g. 3 b ist beispielsweise das Blockbild für
die elektrisch ausgeführte überwachung nach F i g. 3 a dargestellt. Die Zeitkonstante
einer als MonovibratorM bekannten Schaltungsanordnung ist so groß gewählt, daß die
bei brennender Flamme durch Betätigung des Drehwählers am Eingang des Monovibrators
eintreffenden Spannungsimpulse ein Zurückschalten der monostabilen Kippstufe verhindern.
Erst das Ausbleiben des folgenden Spannungsimpulses ermöglicht das Zurückkippen
des Monovibrators und dadurch das Aussteuern des nachgeschalteten bistabilen Fehlerspeichers
F.