DE376949C - Elektrische Zugdeckungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung" betrifft eine elektrische Zugdeckungsanlage. Erfindungsgemäß wird das Zugsignal bei einer solchen Anlage .dadurch überwacht und ausgelöst, daß Wellenenergie von der Signalstelle durch Sendestromkreise längs der Schienenstrecke ausgesandt und diese ausgehende Energie veranlaßt wird, je nach den Verhältnissen auf der Strecke eine Rückkehr oder keine Rückkehr von Energie ίο nach der Signalstelle zwecks Auslösung oder Überwachung¹ des Signals auszuführen. Es sind demnach erfindungsgemäß zwei verschiedene und getrennte Energieübertragungen, nämlich eine ausgehende und eine zurückkehrende Welle, vorhanden, von denen die letztere an der Signalstelle von der ersteren geschieden wird, und dadurch wird diie Auslösung und Überwachung des Signals bewirkt. Die Erfindung unterscheidet sich dadurch wesentlich von den bekannten mit elektrischen Wellen arbeitenden Zugdeekungsanlagen, bei denen ein elektrischer Schwingungserzeuger auf dem Fahrzeug angeordnet ist und auf der Schienenstrecke in Abständen Einrichtungen vorgesehen sind, welche die ausgesandte elektrische Wellenenergie absorbieren und so die Zeichengebung auf dem Fahrzeug veranlassen. Bei diesen Zugdeckungsanlagen findet zwar auch ein Aussenden von elektrischer Schwingungsenergie von der Stelle der Signalgebung längs der Schienenstreeke statt, aber es wird nicht das Prinzip der Erfindung angewendet, ausgehende und zurückkehrende Energieströme zu benutzen und den ausgehenden Energiestrom \-on dem zurückkehrenden Strom zu trennen, um durch dien letzteren unter Ausschluß des ersteren die Signalgeburag zu bewirken.

Erfindungsgemäß werden, vorzugsweise die Schienen als Leiter sowohl für die ausgesendeten wie für die zurückkehrenden Energiewellen l>enutzt und geeignete Apparate zur Unterscheidung der Wellen an der Signalstelle vorgesehen. Wenn das Signal auf dem Lokomotivführerstand gegeben werden soll, wird die Wellenenergie den Schienen durch eine auf der Lokomotive untergebrachte Energiequelle aufgedrückt, so daß die kostspielige, auf der Strecke anzuordnende Apparatur auf ein Mindestmaß verringert wird. · Die zurückkehrende Energie kann in irgend- ^! einer Weise hervorgerufen werden. Nach der ' Erfindung wird hierfür vor allem das Prinzip der Reflexion elektrischer Energiewellen be- [ nutzt, was den wichtigen Vorteil bietet, daß keinerlei Apparatur auf der Schienenetrecke oder auf dem Weg zur Erzeugung der zurückkehrenden Energie benötigt wird.

Wenn elektrische Wellenenergie einem unendlich langen Übertragungskreis oder Leiter aufgedrückt wird, dessen elektrische Konstanten, nämlich Induktanz, Widerstand und Kapazität für die Längeneinheit des Leiters, über den ganzen Leiter oder Kreis hin gleich oder gleichförmig sind, so strömen die aufgedrückten Energiewellen gleichmäßig den ' Leiter entlang und werden dabei infolge der schwächenden Wirkung dies Kreises in der Amplitude kleiner und kleiner. Wenn dagegen die Länge des Leiters oder Kreises end-Hch begrenzt ist, werden die Wellen, beim Eintreffen auf dem entfernten Leiterende auf j eine Unregelmäßigkeit stoßen, solange nicht ! Apparate mit identischen elektrischen Größen mit dem. Leiterende verbunden, sind und diese Unregelmäßigkeit bewirkt, daß ein Teil der Stromwellen zum aussendenden Leiterende zurückgeworfen wird. Diese Erscheinung ist j der Reflexion von Licht- und Tonwellen beim Übergang von einem zu einem anderen ! Medium ähnlich. Ein Echo z. B. wird bervor- '. gerufen, wenn Tonwellen, die in einem Medium ' wie Luft sich fortpflanzen, auf ein anderes ', Medium von verschiedenen akustischen Eigen- ; schäften, wie z. B. eine Wand, auftreffen. Ein ^: Teil der Tonwellen tritt in die Wand ein und , wird davon absorbiert, während der Rest in die Luft zurückgeworfen wird Das Ver-. j hältnis zwischen den absorbierten und reflek- ; tierten Teilen hängt von diem Unterschied der Tonübertragungseigenschaften der beiden Medien ab oder, mit anderen Worten, von dem Grad der den Tonwellen begegnenden Unregelmäßigkeit. Bei Wellen in einem elektrischen Übertragungskreis oder Leiter liegen ^: lie Verhältnisse ebenso. Am Leiterende findet eine Reflexion der StromweHen statt, solange j die an dieses Leiterende angeschlossenen ; Apparate nicht die gleichen Impedanzeigenschaften haben, und das Ausmaß der Reflexion ist von dem Grad der den Wellen sich entgegenstellenden. Unregelmäßigkeit abhängig. Die zurückgeworfenen Wellen kehren zum • aussendenden Ende des Stromkreises zurück, ^! wo sie durch geeignete Apparate aufgenommen und angezeigt werden können. Falls der Stromkreis, elektrisch gesprochen, sehr lang ist, werden die reflektierten, Wellen infolge des

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abschwächenden Einflusses der Leitung so ; stark gedämpft, 'daß sie praktisch vernach- i lässigt werden können, gerade wie ein Echo ' nicht gehört wird, wenn die reflektierend« : Wand zu weit entfernt ist. Wird der Strom- | kreis mehr und mehr verkürzt, dann wird! die reflektierte Welle, welche zum aussendenden Leitungsende zurückkehrt, an Intensität stärker und stärker, ähnlich wie ein Echo um so

to lauter wird, je näher die reflektierte Wand ist.

Wie erwähnt, können die Schienen selbst

die Leiter des übertragenden Stromkreises bilden, längs dessen elektrische Wellen durch eine passende Stromquelle ausgesendet wer- j

den. Wenn die Wellen auf eine Unregelmäßigkeit in dieser Schienenleitung, treffen, z. B. auf einen offenen Strombreis, wie er durch eine unterbrochene Schiene hervorgerufen wird, oder auf einen Kurzschluß, wie er durch die Räder und! Achsen eines Zuges gebildet wird, werden sie nach dem Ausgangsende reflektiert, wo ein geeigneter Apparat angeordnet ist, um sie kenntlich zu machen. Ist die Unregelmäßigkeit weit entfernt, so sind die reflektierten Wellen . sehr schwach und zeigen dadurch das Befahren der Strecke mit höchster Geschwindigkeit als gefahrlos an, während sie bei Näherliegen der Unregelmäßigkeit stärker sind und die Anwendung von Vorsicht als· notwendig kennzeichnen, um schließlich bei ganz dicht beiliegender Unregelmäßigkeit die Intensität zu erreichen, welche das Befahren der Strecke als gefährlich meldet.

Wie ersichtlich, ist die Erfindung durch die Anwendung zweier verschiedener Energieströmungen gekennzeichnet, nämlioh einer ausgehenden Strömung, die unabhängig von den Betriebsbedingungen der Strecke vor dem Zuge vorhanden ist, und einer rückkehrend'en Strömung, welche nur unter bestimmten Be- j triebsverhältnissen der Strecke, z. B. bei'einem j Kurzschluß, durch einen davor befindlichen Zug oder bei einer unterbrochenen Schiene ; zustande kommt und durch .geeignete Apparate ! von der ausgehenden Strömung· abgetrennt | und zur Auslösung der Signalzeichen benutzt j wird. Die Erfindung unterscheidet sich durch ^; dieses Merkmal grundsätzlich auch! von den- ^; jenigen Zugsignalanlagen, bei denen ein auf dem Zug erzeugter Gleich- oder Wechselstrom durch einen längs der Schienen sich erstreckenden gewöhnlichen Stromkreis geschickt wird¹, der durch Schließen und Unterbrechen mittels eines Schalters oder durch die j Gegenwart eines zweiten Ziiges auf der Strecke gesteuert wird.

Selbst wenn man eine solche bekannte Zugsignalanlage von dem künstlich angenommenen Gesichtspunkt aus betrachtet, daß das Vorhandensein oder das Niehtvorhandensein des Stromes, entsprechend z. B. der Offen- oder Schlußstellung eines Schalters, durch Reflexion am Schalter veranlaßt ist,, kommt man zur Feststellung, daß die Reflexion für beide Schalterstellungen vorhanden ist, indem ein kurzgeschlossener Stromkreis ebenso eine Unregelmäßigkeit darstellt wie ein offener. Stromkreis. Dies ist ohne weiteres auf Grund der eingangs gegebenen Erläuterung der Erfindung verständlich., in der dargelegt worden ist, daß sowohl ein Kurzschluß an den Schienen wie auch eine Unterbrechung in den ■ Schienen reflektierte Wellen zustande kommen läßt. Infolgedessen ist, da Reflexion für beide Schalter Stellungen, der öffnung sowohl wie der Schließung des Schalters, auftritt, bei den Stromkreisen der bisher vorgeschlagenen Signalanlagen keine Bedingung verwirklicht, welche der nach der Erfindung bei Streckenfreiheit zu erfüllenden Bedingung entspricht, indem keinerlei Vorsorge getroffen ist, die Rückströmung von Energie zum Signal für den einen Teil der Zeichengebung, z. B. bei Freisein der Schienenstrecke zu verhindern. Die sämtlichen bisher vorgeschlagenen Zugsignaleinrichtungen kennen die Anwendung einer reflektierten Welle überhaupt nicht und sehen daher auch keinerlei Maßnahme zur Trennung von reflektierten und von ausgehenden Energiewellen vor. Noch weniger benutzen sie die rückkehrende Welle unter Scheidung von der ausgehenden Welle zur Auslösung des Signals.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß verhältnismäßig hohe Frequenzen benutzt werden, um durch die große Dämpfungswirkung den Bereich oder Abstand zu begrenzen, für welchen die Signaleinrichtung anspricht. Bei Anwendung einer hohen Frequenz ist die Signaleinrichtung für Züge, die so weit entfernt sind, daß sie keine Gefahr bilden, unwirksam, und der Zugführer wird durch die Beobachtung solcher Züge nicht belästigt. Die genaue, in Betracht kommende Frequenz wird¹ durch die Konstanten des verwendeten Stromkreises und die Entfernung bestimmt, innerhalb welcher eine Signalgebung stattfinden soll. Sie ergibt sich für den einzelnen Fall durch Berechnung der Reflexionswirkung oder durch Messung des durch die Schienen oder durch sonstige Mittel gebildeten Übertragungsstromkreises und durch Verbindung dieser Ergebnisse mit den charakteristischen Kennzeichen des am Endpunkt des Kreises vorzusehendem Apparates. Erfindungsgemäß sollen vorzugsweise Frequenzen in dem bei der drahtlosen Telegraphic üblichen Bereich verwendet werden, die Neuerung ist aber natürlich in bezug auf die Frequenz nicht beschränkt.

Die Zeichnung veranschaulicht die Zug-

deckungsanlage nach der Erfindung .schematisch in verschiedenen Ausführungsforrnen und Einzelheiten.

Die Abb. ι zeigt eine ganze Zugdeckungsanlage nach der Erfindung in. einem Ausführungsbeispiel.

Die Abb. 2 läßt die Art und, Weise erkennen, wie die Wechselstrom-Ε. M. K. dem Schienenstromkreis aufgedrückt wird, und bezieht sich ίο auf die »Eintrittse-Impedanz-Charakteristik des Schienenstromkreises.

Die Abb. 3, 4 und 5 geben einzelne Mittel zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Schienenstromkreis und rl em Signalapparat wieder.

Die Abb. 6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Schaltung der Apparateöder Signalstromkreise.

Die Abb. 7 veranschaulicht die Anordnung eines Alarm- und Überwachungsstromkreises. Die Abb. 8 läßt eine Schaltung des Apparate- oder Lokalstromkreises erkennen, die eine weitere Ausbildung des allgemeinen Schaltungsschemas darstellt.

Die Abb. 9 zeigt eine Schaltung, die eine Anzeige des Zustandes der Schienenimpedanz nach einem von den bisherigen Abbildungen abweichenden Verfahren gestattet.

Die Abb. 10 läßt die Art und Weise er- , kennen, in welcher der Signalübertragungs- ' Stromkreis dem Energielieferungskreis einer elektrischen Eisenbahnanlage überlagert werden kann.

In Abb. ι bezeichnet A₁ die Signalstelle, welche das aussendende Ende des Schienenstromkreises darstellt. Der Apparat dieser Stelle kann auf der Lokomotive eines Zuges angeordnet sein, wie in Abb. 1 gestrichelt angedeutet ist. T sind die beiden Schienen der Geleisestrecke, welche die zwei Leiter des elektrischen Stromkreises bilden. A.. ist der »Vor«-Zug, der sich auf der Strecke vor idem ' Zug A₁ befindet. Auf der Signalstel'le A₁ wird Wechselstrom hoher Frequenz mittels der Spule C dem Stromkreis aufgedrückt, der durch die Schienen T und den über die Räder ^: und die Achse der Lokomotive verlaufenden j Stromweg a.r, gegel>en ist. B ist eine Wheat- : stonesche Brücke, die zur Herbeiführung eines Ausgleiches zwischen dem aufnehmenden Teil R und dem Stromerzeuger G dient und die im bestimmten Verhältnis zueinander stehenden Zweige a, b, den die Verzweigung mit unbestimmter Impedanz darstellenden Zweig.r und den dem Widerstandszweig der gewöhnlichen Wheatstoneschen Brücke entsprechenden Zweig y enthält. Der Stromerzeuger G kann irgendeine bekannte Hoch- j frequenzwechselstromquelle, wie z. B. ein ! Wechselstromgenerator, ein Poulsenscher Lichtbogensjenerator oder ein Vakuumröhren- :

^: schwingungserzeuger sein. Der aufnehmende Teil R kann irgendein durch Wechselstrommittel- oder unmittelbar beeinflußbares Instrument, wie z. B. ein Hitzdrahtgerät oder ein Dynamometer für Wechselstrom oder ein unmittelbar stromanzeigendes Instrument mit Thermoelement oder Gleichrichter sein. Der Schienenstromkreis ist durch die Spule C mit dem Zweig .r der Brücke gekoppelt. In den Zweige ist ein Schaltelement Λ" gelegt, das so eingestellt ist, daß es bei der Frequenz des Generators G in bezug auf die Impedanz der Spule C einschließlich des induktiv damit gekoppelten Schienenstromkreises T gleich ist. In die Zweige χ und: y können noch ausgeglichene Kondensatoren C₁ und C₂ eingeschaltet sein, welche diese Zweige auf die angewendete Frequenz abstimmen, d. h. der positiven Reaktanz entgegenwirken und dadurch die Empfindlichkeit der Brückenschaltung erhöhen. Die Zweige χ und ν erhalten dadurch gleiche Impedanz und- gleichen den Brückenstromkreis aus.

Die Einrichtung nach Abb. 1 arbeitet im Betriebe wie folgt: Die durch den Generator G erzeugten Wechselströme gehen gleichmäßig durch die Brückenzweige a-x und b-v, verursachen keinen Spannungsunterschied an den Anschlußpunkten, des Instrumentes R und beeinflussen dieses daher nicht. Ein Teil des Stromes in der Spule C wird in dem Schienenstromkreis T induziert. Angenommen, die Brückenschaltung ist bei Freisein der Strecke in ausgeglichenem Zustande, so wird das Instrument R für diesen Fall durch den Generator G nicht beeinflußt und zeigt: dadurch das Freisein der vor dem Zug A₁ liegenden Schienenstrecke an. Der in dem Schienen-Stromkreis T induzierte Strom dringt nach der StelleA.,, d.h. dem auf der Strecke vor dem Zug A₁ befindlichen Zug vor und wird durch die Kurzschlußwirkung· einer oder mehrerer Achsen des Zuges A., nach dem Zug A₁ reflektiert. Die Anordnung ist so getroffen und bemessen, daß in dem Falle, wo die beiden Züge sich in einer großen Entfernung, die praktisch dem Freisein der Strecke gleichkommt, voneinander befinden, die Dämpfungswirkung des Schienenstromkreises so stark ist. no daß die reflektierte Welle zu schwach ist, den Empfangsapparat auf dem 2.MgA₁ zum Ansprechen zu bringen. Wenn indessen der Abstand der Züge so kurz ist, daß Gefahr im Verzüge ist, kommt die reflektierte Welle auf 11s !.lern Zuge A₁ mit einer Amplitude an, die zur Beeinflussung des Instrumentes 7? hinreicht. Der reflektierte Strom verläuft über die Spule C, den Brückenzweig χ und von da zum Empfangsinstrument R.

Dieser Vorgang läßt sich in anderer und mehr direkter Weise als eine Störung des

-Y

R + jwL G -j- j w C

Gleichsgewichts der Brückenschaltung B er- '■· klären, welche den Genrator G veranlaßt, auf das Instrument R einzuwirken, wenn der ZugA„ dem ZUg^₁ näher kommt als einer bestimmten Abstandgröße entspricht. Da die gegenseitige Entfernung der beiden sich einander nähernden Züge noch weiter abnimmt, wird die Brückenungleichheit immer größer, und der Ausschlag des Anzeigeinstrumentes ;

ίο nimmt ebenfalls in entsprechendem Maße zu. j Wie Abb. ι erkennen läßt, ist das Anzeige- j instrument mit 'drei Marken O, D, S versehen, ^f von denen die erste O das Freisein der Strecke, die zweite D das Auftreten der Gefahr und die dritte .S¹ das Anhalten des Zuges anzeigt. Natürlich kann irgendeine Art der Signalgebung und jeder beliebige Signalapparat verwendet werden.

Die Art und Weise wie der Strom von der Spule C dem Schienenstromkreis induziert wird, soll an Hand der Abb. 2 näher erläutert werden. Die Spule C bildet in Verbindung j mit der aus den: Schienen T und der kurzschließenden Achse Ox₁ bestehenden Drei- j

viertelschleife einen Transformator, dessen , Primärwicklung die Spule C ist, während die ι Sekundärwirkung durch diese Dreiviertel- ί schleife gegeben ist. Die E. M. K. wird dem ! Schienengeleise als einem Übertragungsstrom- j kreis durch diesen aus Spule und! Schiene gebildeten Transformator aufgedrückt. Betrachtet man als Endpunkte die Stellen: auf dem Gleise, an denen die E. M. K. aufgedrückt wind, so ist die charakteristische Impedanz Z₀, gesehen längs des Gleises, durch das Verhältnis E : T festgelegt, wobei / der in das Gleis an den Endpunkten eintretende Wechselstrom ist.

Diese Impedanz Z₀ wird nur durch die linearen Konstanten des Stromkreises nach der Formel

bestimmt und ist die Impedanz, weiche am , aussendenden Ende des Schienenstromkreises j sich ergibt, wenn kein zweiter Zug auf der , Strecke ist oder wenn der zweite Zug so weit entfernt ist, daß die reflektierte Welle ganz ; abgedämpft wird. Diese Impedanz ist als ; Vektorgröße mit Länge und Phasenwinkel an- j zunehmen und daher in eine Widerstands- und eine Reaktanzkomponente (Z₀ = R₀ -f- / X₀) zerlegbar. Diese Widerstandskomponente ist natürlich nicht die gleiche wie die gewöhnliche ^! Ohmsche Widerstandsgröße des Stromkreises. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wo ,' die Frequenz sehr hoch ist, wird ihre Größe in der Hauptsache mehr dtirch das Verhältnis der Induktanz zur Kapazität des Stromkreises ■ als durch den Ohmschen Widerstand bestimmt.

Diese »charakteristische« Impedanz Z₀ stellt dann das Verhältnis der Spannung zur Stromstärke der in den Stromkreis geschickten Energiewellen dar. und ist nur durch die linearen Konstanten des Stromkreises und nicht durch dessen Endigung bestimmt, gleichgültig, ob diese offen oder kurzgeschlossen ist. Wenn auf der Strecke ein Zug sich befindet, der einen Kurzschluß hervorruft, oder wenn der Schienenstromkreis bei einer Schienenunterbrechung offen ist, so kommt an diesem Punkt eine Wellenreflexion zustande, und die reflektierte Welle wird bei ihrer Ankunft am aussendenden Ende der dann .einfallenden Welle überlagert und ändert die »Eintritts«- Impedanz in eine resultierende Impedanz um. Wenn der Reflexionspunkt so weit entfernt ist, daß kein Gefahrzustand für die beiden Züge besteht, so wird die reflektierte Welle derart stark gedämpft, daß sie die Impedanz des aussendenden Endes nicht wesentlich beeinflußt und die »charakteristische« Impedanz bestehen bleibt. Ist dagegen der Reflexionspunkt, d. h. der z\veite Zug in geringer Entfernung, dann weicht die resultierende Inpedanz, da sie von der reflektierenden Welle beeinflußt wird, wesentlich von der »charakteristischen« Impedanz ab und löst den Empfangsapparat aus.

Der Brückenstromkreis der Abb. 1 ist in Übereinstimmung mit der einen. Art der Benutzung dieser Signaleinrichtung für die bei Freisein der Strecke vorhandene normale Impedanz ausgeglichen. Da die Impedanz mit abnehmendem Zugabstand vom Normalwert abweicht, so nimmt die Störung des Gleichgewichts zwischen der Stromquelle G und dem Empfangsapparat R der Abb. 1 zu, 'bis dier Empfangsapparat zur Wirkung .gebracht wird und das gewünschte Signal gibt. Das Anzeigeinstrument kann in die Marken »Frei« für normale Impedanz, »Vorsicht« für einen Ausschlagwinkel des Empfangsapparates, der einer durch Abstandsverringerun.g auf drei bis vier Kilometer verursachten Impedanzänderung entspricht, und! »Gefahr« für einen größeren Ausschlagwinkel, der durch eine no größere Impedanzänderung infolge weiterer Verringerung des Zugabstandes auf eine Meile hervorgerufen ist, eingeteilt und entsprechend kalibriert sein. Diese Möglichkeit, die Zeichengebung auf der Lokomotive in. bestimmte Beziehung zu der Entfernung des zweiten Zuges zu bringen, ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung.

Eine der für die erfolgreiche Verwirklichung des neuen Signalisierungsverfahrens zu lösenden Aufgaben besteht in der Schafrungeiner geeigneten Verbindung zwischen dem

Schienen-stromkreis und dem Lokalstromkreis auf der Lokomotive. Bei der Schaltung nach Abb. ι und 2 ist hierfür das Prinzip der elektromagnetischen Induktion verwendet. Die E. M. K. wird' zum Teil unmittelbar den Schienen und¹ zum Teil -der vordersten Lokomotivachse induziert. Andere Ausführungsformen der elektromagnetischen Induktion sind in den Abb. 3 und 4 gezeigt. Gemaß Abb. 3 ist die induzierende Spule C derart bemessen und gegenüber dem Schienen-. Stromkreis angeordnet und ausgebildet, daß sie die E. M. K. unmittelbar den -Schienen- allein aufdrückt.

Die Spule C ist in zwei L'nterspulen 1 und 2 für die beiden Schienen unterteilt. Diese Spulen 1. 2 sind auf einen U-förm-igen Kern aufgewickelt, der aus Luft oder geeignet lameliiertem Eisen bestehen kann, und diese ao Kerne sind in bekannter Weise so angeordnet, daß sie ein Maximum an Induzier-ungswirkung auf die Schienen ausüben, wie die Abb. 3 erkennen läßt. Die induzierende Spule kann auch, wie Abb. 4 zeigt, mit der Achse allein in Beziehung gebracht werden. Dies ist aber eine weniger empfehlenswerte Anordnung, da die dahinterliegenden Fahrgestelle der Lokomotive eine Xebenschlußwirkung ausüben.

Natürlich können derartige Schienenkopplungsmittel auf einer oder mehreren hinteren Achsen der Lokomotive oder des Zuges angebracht werden, wobei es notwendig" ist, die vorausgehenden Achsen zu isolieren und sie dadurch zu verhindern, den Schienenstromkreis kurz z-u schließen und so das Stromkreisende vor den Änderungen -der Schienenimpedanz zu behüten. Die \"erbindung mit dem Geleise kann durch ein Paar von Platten bewirkt werden, von denen jede in der Nähe einer der Schienen angeordnet ist und einen Kondensator damit bildet, dessen andere Fläche die Schiene selbst ist und dessen Dielektrikum durch den- Luftspalt zwischen Platte und Schiene gegeben ist. Der Fahrze-ugstromkreis wird so mit dem Schienenstromkreis durch elektrostatische Wirkung statt durch elektromagnetische Induktion gekoppelt. Indessen kann der Anschluß der Schienen auch durch Bürsten, welche auf den Schienen, Rädern oder Achsen aufliegen, oder durch Kontaktgebung mittels der Zapfen in der Art der Abb. 5 bewirkt werden. Die Schwierigkeit, die bei induktiver oder kapazitiver Kopplung des Schienen-Stromkreises auftritt, ergibt sich aus der Notwendigkeit, eine genügende Energiemenge zu übertragen, die geeignet ist, Änderungen in der Schienenimpedanz hervorzurufen, die in dem Lokalstromkreis der Lokomotive angezeigt werden. Die Anwendung verhältnismäßig hoher Frequenzen gemäß der Erfindung erleichtert diese ' Energieübertragung gewissermaßen- über einen Transformator von verhältnismäßig starker magnetischer Streuung.

Die Abb. 6 zeigt die Schaltung am einen Stromkreisende in einer Ausführungsform, die im allgemeinen ähnlich der Abb. 1 ist, sich aber hiervon- in bezug auf die Brückenanordnung, den Erzeuger des Hochfrequenzwechselstromes und den Empfangsapparat unterscheidet. Der Brückenstromkreis B der Abb. ι ist hier durch einen Stromkreis von abweichender Form ersetzt, der einen Transformator 5 mit drei Wicklungen enthält, welcher von einer in der Telephontecbnik bekannten Bauart ist und-, gewöhnlich als Zwitterspule bezeichnet wird. Die Wechselstromquelle ist an- die Mittelpunkte der beiden, den eigentlichen Brückenstromkreis bildenden Spulen angeschlossen. Sie ist l:ei Abb. 6 durch einen Yakuumröhrenschwingungserzeuger der bei der Xachrichtenübermittlunigstechnik gebräuchlichen Form g-egeben und besteht aus der Dreielektrodenvakuumröhre 15 mit einem die Induktanz 12 und d'en Kondensator 14 umfassenden Energiezuführungskreis und einem die Induktanz 13 in magnetischer Kopplung mit der Induktanz 12 enthaltenden Leistungsstromkreis. Diese Röhre bildet einen sogenannten rückgekoppelten Schwingungskreis, dessen Schwingungsperiode durch die Inhiktanz 12 und die Kapazität 14 bestimmt ist und z, B. durch Einstellung des Kondensators 14 verändert werden· kann. Der so erzeugte Hochfrequenzstrom wird¹ mittels einer Sekundärspule 113 abgenommen-, die mit den beiden Spulen 12 und 13 einen Transformator 11 bildet. Der zur Anzeige dienende Brückenzweig ist mit der Brücke durch die dritte Spule des Transformators 5 verbunden. Dieser Stromkreis wird¹ mittels der Induktanz 6 und der Kapazität 7 auf die FYequenz der Lokalstromquell'e abgestimmt. Die Empfindlichkeit des ganzen Stromkreises gegenüber Impedanzänderungen -durch die Spule C wird mit Hilfe eines Verstärkers 8 der bekannten Yakuumröhrenform gesteigert. Das Anzeigeiustrument 9 kann vom Dynamometertyp ähnlich einem Wattmeter sein. Die eine der beiden Spulen eines solchen Instrumentes ist mit no dem Ausgangsstromkreis des Verstärkers 8 durch einen geeigneten Impedanzeinstellungstransformator verbunden, und die andere Spule wird unmittelbar durch einen aus der Stromquelle entnommenen Strom über d'en Kreis 10 erregt, der ebenfalls einen Impedanzeinstellungstransformator enthalten kann. Ein Anzeigeinstrument dieser Art arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie der beim drahtlosen Empfang benutzte Homodyndetektor und macht die Anzeige unempfindlich gegen Störungen durch fremde, nicht für die Signalisie-

rung in Betracht kommende Ströme. Auch die Möglichkeit -einer Selektion wird durch Abstimmung des Detektorzweiges und der eigentlichen Brückenzweige χ, y erreicht.
Bei den bisher beschriebenem Ausführungsformen der Erfindung wird die Signalgebung nur durch 'den Ausschlag eines Anzeigeinstrumentes erzielt. Statt dessen oder in Ergänzung hierzu können Relaisvorrichtungen ίο vorgesehen werden,-die bei bestimmten Impedanzungleichheiten zur Wirkung kommen und Alarmsignal- oder Überwachungsapparate auslösen.

Die Abb. 7 zeigt die Verwendung von Relais, die durch eine empfindliche, detektorartig wirkende Vorrichtung zwecks Auslösung von Alarm- und Überwachungsstromkreisen zum Ansprechen 'gebracht werden. Der linke Teil der Schaltung der Abb. 7, insbesondere die Spule 5, ist dazu bestimmt, mit dem Detektorzweig der Brückenschaltung der Abb. 6 verbunden zu werden. Die aufgenommenen Ströme werden durch die Induktanz 6' und den Kondensator 7' abgestimmt, durch den Röhrenverstärker 8 verstärkt und durch den Röhrendetektor 17 gleichgerichtet, in dessen Ausgangskreis die Relais 18, 19 und 20 Hegen. Das Relais 18 ist das empfindlichste und so eingestellt, daß es auf einen verhältnismäßig geringen Strom anspricht, der einer mäßigen Impedanzänderung entspricht, wie sie durch einen in die Gefahrzone kommenden zweiten Zug verursacht wird. Das Relais 18 schließt beim Ansprechen den Stromkreis 21 und läßt die Alarmglocke 22 ertönen oder löst irgendeine andere Zeichengebung aus. Das Relais 19 hat eine solche Höchsteinstellung, daß es auf einen Strom von etwas größerer Stärke anspricht, der einer weiteren Annäherung des zweiten Zuges z. B. in die Gefahrzone entspricht, und es schließt den Stromkreis 23 einer elektromagnetischen Vorrichtung 24. Der Anker 25 dieser Vorrichtung· 24 wird dadurch auf einen Teil seines Hubes eingezogen und bewirkt eine Verringerung der Zuggeschwindigkeit durch entsprechende Einwirkung auf ein Dampfventil und ein damit verbundenes Luftbremsenventil 26. Bei weiterem Herankommen des Zuges an die Gefahrzone wird der Detektorstrom noch weiter vergrößert, und es kömmt nunmehr infolge dieser Stromverstärkung das Relais 20 zur Wirkung, wodurch der Stromkreis 27 geschlossen und der Anker 25 weiter nach einwärts gezogen wird, so daß die Dampf- und Luftventile auf Stillstand des Zuges eingestellt werden.

Die Erfindung kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß zwei Frequenzen für den Signalstrom verwendet werden. Die Abb. 8 zeigt eine nach diesem Prinzip ausgeführte Schaltung, die im übrigen der Abb. 6 ähnlich ist. G₁ und G₂ sind¹ zwei Hochfrequenzwechselstromquellen, die durch Kombinationen von Induktanz und Kapazität 30 und 31 abgestimmt werden. Die Zweige χ und y der Brücke werden auf zwei verschiedene Frequenzen durch Himzufügung von Abstimmungskreisen 33 und 34 abgestimmt. Die Konstanten des Kreises 33 z. B. sind.in bezug auf die Konstantem des Kondensators 1 und der Spule C so abgestimmt und eingestellt, daß sich die Gegenreaktanz Null für die beiden angewendeten Frequenzen ergibt.

Der Detektorkreis ist ebenfalls auf die beiden Frequenzen abgestimmt, und zwar mittels des abgestimmten Kreises 23 in Verbindung mit den Abstimmelementen 6 und 7. Der Verstärker 8 verstärkt dann Ströme 'beider Frequenzen gemeinsam, und jeder dieser Ströme bringt den Anizeigestromkreis, z. B. einen Stromkreis nach Abb. 7, zur Wirkung. Für alle Entfernungen innerhalb der Wirkungszone der Signaleinrichtung ist der Endstromkreis für beide Frequenzen, unausgeglichen, wodurch das Arbeiten der Vorrichtung gesichert ist.

Die genannten Stromkreise arbeiten nach dem Ausgleicbsprinzip und werden durch die Beeinflussung des Gleichgewichtszustandes durch die Änderungen¹ der Scbienenimpedanz zur Wirkung gebracht. Der Vorgang der Signalgebung ist bisher für den Fall beschrieben worden, daß der Stromkreis bei Freisein der Strecke ausgeglichen und bei Besetztsein der Strecke unausgeglichen ist. Diese Einstellung kann umgekehrt werden, d. h. der Stromkreis kann für gewöhnlich im unausgeglichenen Zustande sein und das ansprechende Instrument für gewöhnlich! bei Freisein der Strecke zur Wirkung kommen, während der Gleichgewichtszustand¹ in dem Maße der Abnahme des Abstandes der Züge verbessert wird¹ und diese Verbesserung in der Weise stattfindet, daß bei Erreichung einer bestimmten minimalen Zugentfernung das Alarmrelais und damit das Alarmsignal ausgelöst wird. Bei weiterer Verringerung des Zugabstandes tritt dann eine weitere Verbesserung des Gleichgewichtes auf, welche das nächste Überwachungsrelais zur Wirkung υ ο bringt und schließlich das Anhalten des Ztiges in der anläßlich Abb. 7 beschriebenen Weise zur Folge hat. Diese Betriebsweise der Signaleinrichtung entspricht der mit geschlossenen Stromkreisen arbeitenden Art der Überwachung, wie sie bei Signalstromkreisen im allgemeinen, üblich ist, während die zuerst beschriebene umgekehrte Betriebsweise der sich offener Stromkreise bedienenden Anordnung von gewöhnlichen Signalstromkreisen analog ist. Dieses mit geschlossenem Stromkreis arbeitende Verfahren soll in Anwendung

bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung erläutert werden.

Die Abb. 9 zeigt eine Schaltung, die auf einem von den bisher beschriebenen ausgeglichenen Stromkreisen abweichenden Prinzip beruht. Hier wird in der Weise verfahren, daß die Änderungen der Schienenimpedanz veranlaßt werden·, Änderungen der Schwingungsperiode eines Schwingungskreises herbeizuführen, und dann- die sich ergebenden Frequenzänderungen zur Überwachung oder Auslösung der Empfangs- oder Anzeigevorrichtungen Anwendung finden. Der Schwingungskreis hat die in der drahtlosen Technik bekannte Ausführungsform. Der Vakuumröhrenverstärker 15' ist auf seiner Eingangsseite an die eine Hälfte der Spule C und auf seiner Ausgangsseite an die andere Hälfte dieser Spule gemäß Abb. 9 angeschlossen. Ein Kondensator 14' überbrückt den Stromkreis und bestimmt in Verbindung mit der Induktanz der Spule C die Schwingungsperiode. Die Spule des Schwingungserzeugers ist mit dem Schienen-stromkreis induktiv verbunden und stellt bei Abb. 9 selbst die Kopplungsspule dar. Der durch den Schwingungserzeuger erzeugte »Strom wird durch den Transformator 40 über den Antiresonanzkreis 41, 42 auf den Verstärker 8' und von da auf den ansprechenden und anzeigenden Apparat übertragen, der entsprechend der Abb. 7 ausgestaltet sein kann.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung der Abb. 9 ist folgende: Für den dem Freisein der Strecke entsprechenden Impedanzwert erzeugt der Schwingungserzeuger einen, Strom bestimmter Frequenz, der durch den Transformator 40 und den Verstärker 8' geht und' für gewohnlich z. B. die Relaisvorrichtungen in Wirksamkeit hält. Der die Eingangsseite des Verstärkers 8' überbrückende Stromkreis ist ein Antiresonanzkreis, der die Induktanz 41 und den Kondensator 42 enthält und auf die flnrch den Schwingungserzeuger normal erzeugte Frequenz abgestimmt ist und daher ein Maximum an Impedanz bei dieser Frequenz aufweist und die Übertragung nicht wesentlich 1 eeinträchtigt. Eine Änderung der Schienenimpedanz verursacht eine entsprechende Änderung der Konstanten der Spule C, welche die erzeugte Frequenz verstellt. Für diese geänderte Frequenz bietet der Antiresonanzkreis 41, 42 eine viel geringere Impedanz und ruft eine merkliche Verringerung des dem Detektor 17' und den damit verbundenen Relaisvornchtungen 18', 19' zugeführten Stromes hervor. Diese Vorrichtungen sind so eingestellt, daß sie bei gewissen vorausbestimmten Stromverringerungen ansprechen und so in Übereinstimmung mit der Änderung der Frequenz, welche der Schwingungserzeuger erleidet, zur Wirkung¹ kommen. Die Auslösung z. B. des Relais 19' hat die Auslösung des Relais 44 zur Folge, das ein Anzeige- oder Überwaehungselement 45 sichtbar werden läßt. Die beschriebene Arbeitsweise stellt ein mit geschlossenem Stromkreis arbeitendes Verfahren dar. Die mit offenem Stromkreis arbeitende Betriebsweise ist natürlich ebenfalls anwendbar.

Die Abb. 10 veranschaulicht die Art und Weise, in der ein Wechselstromsignalkreis dem Energielieferungsstromkreis einer elektrischen Bahn überlagert werden kann. Diese Anordnung ist allgemein bei Zugdeckungseinrichtungen anwendbar, aber von besonderem Vorteil bei Zugsignalanlagen, die mit reflektierter Welle arbeiten, da der Energieüeferungskreis einer elektrischen Bahn einen wirksameren und konstanteren Signalübertragungsstromkreis als der Scbienenstromkreis der Abb. 1 und 2 bildet. Bei Abb. 10 stellen 51 und 52 die beiden Schienen des Bahngeleises dar, die natürlich gut geerdet sind. um die Erdrückleitung des Energielieferungskreises zu bilden. Die dritte Schiene, der Fahrdraht oder sonst ein leistungszuführender Leiter ist mit 53 bezeichnet, während 54 den Stromschuh, die Abnehmerrolle oder sonst einen Gleitkontaktteil bedeutet. Der Energieaufnahmekreis verläuft vom Schuh 54, über die Klemme 55 durch ein eingeschaltetes Filter 56, den Widerstandsregler 57, den oder die Motoren M und zurück zur Erde über den Punkt 58 und: die Räder und Schienen. Dieser Leistungsstromkreis kann Gleichstrom oder niederfrequenten Wechselstrom führen. Das Filter 5(1 ist vorgesehen, um die eine höhere Frequenz besitzenden Signalströme von den Enden 55, 57 des Leistungsaufnahmekreises abzuhalten'. Es besteht aus mehreren Abschnitten von Reiheninduktamz und Xehenschlußkapazität und kann, wenn die Signal- und Leistungsfrequenzen stark verschieden sind, durch eine einfache fnduktanzspule gegeben sein.

Der über .r anzuschließende Endsignalkreis, der dem Kreis χ der vorhergehenden Abbildungen entspricht, ist an den Punkten 55 und 58 des Leistungsaufnahmekreises über ein Filter 59 abgezweigt. Dieses Filter dient dazu, die niederfrequenten .Ströme oder die Gleichströme des Leistungskreises auszuschließen, während die hochfrequenten Signalströme hindurchgehen können. Es kann die dargestellte Ausführungsform besitzen, bei der Frequenzen über einer bestimmten Grenze, wie z.B. 100 Perioden in der Sekunde, frei übertragen werden und Frequenzen unter dieser Grenze ausgeschlossen sind. Das Filter kann in bekannter Ausführung aus mehreren

Abschnitten von Reihenkondensatoren und Nebenschhißspulen bestehen. Sind die Leistungs- und Signalfrequenzen genügend voneinander verschieden, so kann es zu einem bloßen Reihenschaltungskondensator vereinfacht werden.

Verwendet man so den Energielieferungskreis für den Signalstromkreis, so kann das Filter 56 oder ein dafür gleichwertiges Element in allen Stromschuhanschlußkreisen eines Zuges vorgesehen werden, um den Wirkungsgrad der Signalübertragung des Leistungskreises zu verbessern. Diese Anordnung würde an sich zu verhindern suchen, daß das Leitungsende auf dem zweiten Zug z. B. durch Kurzschluß oder sonstwie die Impedanz des Stromkreises der dritten Schiene in einer für die Zeichemgebung mittels reflektierter Welle genügenden Weise beeinflußt.

Esi ist daher wünschenswert, entweder das Filter 56 bei einem oder mehreren im· Signalkreis nicht verwendeten Stromschuhkreisen wegzulassen oder das Filter 59 des Signalzweigkreises hinzuzufügen und den Signalas endkreis χ kurzzuschließen und dadurch die dritte Schiene für die Signalfrequenz und an einem beträchtlich hinter dem Generator und Aufnehmer der Signaleinrichtung liegenden Punkt kurzzuschließen. Ein anderer Weg, um zu gewährleisten, daß ein Zug die Impedanz des Stromkreises der dritten Schiene wesentlich beeinflußt, besteht darin, daß man absichtlich die Impedanzen des Stromkreisendes und des über die dritte Schiene gehenden Übertragungskreises nicht zueinander paßt. Noch ein anderer Weg zur Erzielung dieses Zweckes kann dadurch beschriften werden, daß man aufeinanderfolgende Züge mit verschiedenen Signalfrequenzen arbeiten' läßt und einen Antiresonanzkreis 60 gemäß Abb. 10 zwischen den Signalendkreis legt. Dieser wird auf die bei seinem Zug angewendete Frequenz abgestimmt und übt keinen merklichen Einfluß auf das zugehörige Signalgerät aus. Er wirkt aber als beträchtlicher Nebenschluß und ruft daher bei allen anderen Frequenzen, wie z. B. denen des zweiten Zuges, eine Reflexion hervor. Deutlicher ausgedrückt, bildet dies ein Mittel, wodurch jeder Zug instand gesetzt wird, den Übertragungskreis in bezug auf alle anderen Züge in der Hauptsache kurzzuschließen, während er diesen Kurzschluß in auswählender Weise für sich selbst öffnet. Der Zug kann so in den Stromkreis ohne wesentliehe Einbuße an Ubertragungswirkung eintreten.

Selbstverständlich kann die Erfindung auch in verschiedenen anderen Ausführungsformen praktisch verwirklicht werden, ohne daß der Grundgedanke und Inhalt der Erfindung verlassen wird.

Claims (4)

P ATENT-Ansprüche:

1. Elektrische Zugdeckungsanlage, bei der elektrische Energie von der Stelle der Signalgebung durch einen Wechselstromkreis längs der Schienenstrecke ausgesendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgehende Energie bei bestimmten Betriebszuständen auf der Strecke die Rückkehr von Energie zu der Stelle der Signalgebung und' damit eine Signalauslösung veranlaßt, bei anderen Verkehrszuständen dagegen keine Rückkehr von Energie zu der Signalstelle und damit die Abgabe eines anderen Signals, herbeiführt und die ausgehenden und zurückkehrenden Wellen an der Stelle der Signalgebung voneinander !geschieden werden, derart, daß die Signalgebung nur durch die zurückkehrende Welle erfolgt und die für gewöhnlich eine größere Amplitude als die rückkehrend'e Welle besitzende ausgehende Welle die Signalauslösung durch die rückkehrende ,Welle nicht stören kann.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgehende Wellenenergie durch die Schienen der Strecke ausgesendet wird, durch welche auch die rückkehrende Wellenenergie zur Signalstelle zurückzufließen veranlaßt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgehende Wellenenergie von einer auf dem Zug angebrachten Energiequelle nach der vor dem· Zug liegenden Strecke ausgesendet und die rückkehrende Wellenenergie durch die Reflektionswirkung einer elektrischen Unregelmäßigkeit auf der Schiene hervorgerufen wird, die entweder durch Kurzschluß des Stromweges, z. B. durch die Räder und Achsen eines ankommenden Zuges, oder durch die öffnung dieses Stromweges, z. B. an einer unterbrochenen Schiene, erzeugt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal mit der Schienenstrecke mittels einer auf elektrisches Gleichgewicht eingestellten Stromkreisschaltung in Verbindung gebracht ist, die einer der charakteristischen Impedanz des Schienenweges gleiche Impedanz besitzt, so daß entweder ein öffnen oder ein Kurzschließen des Schienenweges die Störung des Gleichgewichtes herbeiführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.