[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von Betriebskenndaten
von eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlagen, wie z.B. Gleisfreimeldeanlagen,
Gleisstromkreisrelais oder Achszählern, mit welcher Meßspannungen über einen elektrischen
Widerstand abgegriffen und ausgewertet werden.
[0002] Gleisfreimeldeanlagen dienen der Überwachung von Bahnstrecken, um die Sicherheit
bei der Befahrung zu gewährleisten. Prinzipiell sind zwei verschiedene Ausbildungen
derartiger Anlagen verbreitet. In einer ersten derartigen Anlage erfolgt eine Meßung
des Gleisstromkreises, wobei sich eine derartige Anlage für Einsatzbereiche von etwa
1500 m Überwachungsstrecke eignen. Alternativ existieren eine Reihe von Ausbildungen,
welche die einfahrenden und ausfahrenden Achsen innerhalb einer Prüfstrecke durch
Achszähler erfassen. In diesem zweiten Fall kann die Meßstrecke entsprechend größer
gewählt werden.
[0003] Bei Gleisstromkreismessungen wird ein bestimmter Schienenabschnitt durch Isolierstöße
begrenzt und die gegeneinander isolierten Schienen von den anschließenden Gleisabschnitten
elektrisch getrennt. Es wird eine Speisespannung ständig angelegt, wobei diese Speisespannung
in dem aus Dämpfungswiderstand, Isolierabschnitt und einem Gleisrelais bestehenden
Freimeldestromkreis einen Speisestrom antreibt. Da die Isolation von Schienen durch
Fremdeinflüsse, wie Witterung od.dgl., nur unvollkommen gelingt, fließen üblicherweise
mehr oder minder hohe Leckströme, wodurch die Länge der zu überwachenden Strecke begrenzt
ist. Der durch derartige Isolationsmängel fließende Ableitungsstrom kann durch die
Schwellen und die Bettung abfließen, wodurch der Ruhestrom entsprechend verkleinert
wird. Dieser Ruhestrom muß jedoch jedenfalls dafür ausreichen, um das Gleisrelais
in angezogener Stellung zu halten. Wenn nun ein Fahrzeug in den isolierten Abschnitt
einfährt, bilden die Fahrzeugachsen einen niederohmigen elektrischen Nebenschluß zum
Gleisrelais, über welchen ein Nebenstrom fließt. Der verbleibende Strom wird bis auf
einen kleinen Restbetrag verringert, wodurch das Gleisrelais abfällt und der Gleisabschnitt
als besetzt gemeldet wird. Für das sichere Schalten des Motorrelais sind hiebei die
Hilfsspannung, die Gleisspannung und aufgrund der Ausbildung des Gleisrelais als Motorrelais
die Phasenverschiebung von wesentlicher Bedeutung. Für jede Bauweise eines Motorrelais
sind ganz bestimmte Grenzwerte dieser genannten Betriebsdaten einzuhalten, damit die
Funktion sicher erhalten bleibt.
[0004] Bei der Verwendung von Achszähleinrichtungen werden in der Regel eine Mehrzahl von
Zählpunkten definiert, die sich zumindest am Beginn und am Ende eines definierten
Abschnittes befinden und in einem in einem Stellwerk befindlichen Zähler ausgewertet
werden. Zählpunkte können hiebei von Radsensoren, Schienenkontakten und einem zugehörigen
elektronischen Anschlußkasten gebildet sein. Schienenkontakte können aus Sender und
Empfangsgeräten bestehen, die gegenüberliegend am Schienenstrang montiert sind. Die
Ausbildung derartiger Achszähler kann auch eine Richtungserkennung ermöglichen, wobei
die Signale verschiedener Zählpunkte bzw. der Empfangsspulen derartiger Zähleinrichtungen
in weitestgehend gleichen Zweigen verarbeitet werden. Üblicherweise werden die gemessenen
Spannungen verstärkt, gleichgerichtet und danach zur Steuerung eines Spannungs-/Grenzwandlers
benutzt. Diese Wandler liefern bei nichtbefahrener Anordnung zwei Grundfrequenzen.
Nach Weiterverarbeitung dieser Frequenzen in einem elektronischen Anschlußkasten mittels
Trigger- und Impulsformerbaugruppen stehen dann zwei Zählimpulse auf getrennten Zähladern
und ein weiterer Impuls auf einer Überwachader zur Ansteuerung eines Motorzählwerkes
zur Verfügung. Bei diesen Einrichtungen kann die in einem bestimmten Abschnitt einfahrende
Anzahl von ein- bzw. ausfahrenden Achsen ermittelt werden und ein Abschnitt als frei
gemeldet werden, wenn zwischen der Zahl der eingefahrenen und der Zahl der ausgefahrenen
Achsen Übereinstimmung besteht. Wenn die beiden Zählerstände nicht übereinstimmen,
bedeutet dies eine Besetztmeldung des Abschnittes, wobei aus sicherheitstechnischen
Gründen eine Besetztmeldung des Abschnittes auch dann erfolgen muß, wenn irgendein
Impulsgeber der Zählstelle betätigt wird, aber keine Ein- und Auszählung zu Stande
kommt.
[0005] Mit immer höher werdenden Fahrgeschwindigkeiten und höheren Achslasten sowie einer
ständig steigenden Zugdichte ist eine bedarfsorientierte Instandhaltung nicht mehr
ausreichend und es scheint erstrebenswert mittels einer Trenderkennung eine vorbeugende
Ferndiagnose und damit eine vorbeugende Instandhaltung zu ermöglichen.
[0006] Die bisher bekannten Überwachungseinrichtungen, mit welchen zusätzlich zur Meldeanlage
Fehlzustände diagnostiziert werden sollen, lassen Aussagen immer erst dann zu, wenn
der Fehler bereits aufgetreten ist.
[0007] Einrichtungen zur Überwachung von Gleisabschnitten sind beispielsweise der DE 36
34 696 A1, der DE 44 05 039 A1, der CH 684 257 A5, der DE 196 31 564 oder der DE 42
21 779 A1 zu entnehmen. In der AT 316 644 B ist eine Schaltungsanordnung in Achszählanlagen
beschrieben, welche die Funktionsfähigkeit von Zählstellen überwacht und dann anspricht,
wenn eine bestimmte Störung, wie beispielsweise der Ausfall eines Spannungssignales
aufgetreten ist.
[0008] Überwachungseinrichtungen der bekannten Art setzen zumeist zusätzliche Sensoren und
zusätzliche Einrichtungen voraus, sodaß neben dem Umstand, daß Fehler erst erkannt
werden, wenn sie aufgetreten sind, nicht nur der konstruktive Aufwand erhöht wird,
sondern darüberhinaus auch die Aussagekraft derartiger Störsignale vom Ausmaß der
gewählten Redundanz abhängt.
[0009] Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten
Art zu schaffen, mit welcher die Überwachung von Betriebskenndaten von eisenbahntechnischen
Sicherheitsmeldeanlagen ohne Beeinträchtigung der sicheren Funktion konventioneller
Sicherheitsmeldeanlagen gewährleistet ist. Insbesondere zielt die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung darauf ab, auch bei Störungen und Defekten der Schaltungsanordnung
unzulässige Signale sicher von der eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlage zu
entkoppeln, sodaß die erprobten Bauteile von eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlagen
durch die zusätzliche Überwachungseinrichtung in keiner Weise beeinträchtigt werden.
Neben dem Umstand, daß eine derartige Überwachungseinrichtung somit signaltechnisch
gesondert von der Sicherheitsmeldeanlage ausgebildet sein muß, soll somit sichergestellt
werden, daß auch Defekte der Überwachungseinrichtung keine negativen Auswirkungen
auf die Sicherheitsmeldeanlage haben können.
[0010] Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im wesentlichen
darin, daß die Schaltungsanordnungen in jeder Meßleitung symmetrisch je einen Eingangswiderstand
und parallel zum Abgriffswiderstand eine Suppressordiode bzw. eine bidirektionale
Z-Diode enthält. Dadurch, daß die Schaltungsanordnung in jeder Meßleitung symmetrisch
je einen Eingangswiderstand aufweist, wird zunächst sichergestellt, daß Defekte bzw.
Kurzschlüsse in der anschließenden Überwachungseinrichtung nur über die Eingangswiderstände
auf die Sicherheitsmeldeanlage rückwirken können, wobei der Spannungsabfall bzw. der
über diese Eingangswiderstände maximal fließende Strom im Kurzschluß auf einer unkritischen
Höhe für die Sicherheitsmeldeanlage gehalten werden kann. Wenn diese Eingangswiderstände
in einer Sicherheitsausführung eingesetzt werden, können sie auch bei einem Defekt
ihren Widerstandswert nicht beliebig verringern, da die Sicherheitsbauweise die maximale
Verringerung derartiger Eingangswiderstände im Defektfalle begrenzt. Wenn ein Kontaktfehler
vorliegt, hat dies lediglich einen Einfluß auf die Messungen der Überwachungseinrichtung,
da keine meßbaren Signale mehr zur Verfügung stehen. Da die Überwachungseinrichtung
selbst elektronische Bauteile enthält, welche bei unterschiedlichem Defekt theoretisch
das Auftreten von Überspannungen zur Folge haben könnte, ist parallel zum Abgriffswiderstand
eine Suppressor- bzw. eine bidirektionale Z-Diode vorgesehen, welche die maximal wirksame
fremdgenerierte Spannung unschädlich macht, wobei resultierende Ströme nicht an die
Gleisfreimeldeanlage rückgeführt werden. Eine Suppressordiode schließt in derartigen
Grenzfällen den Stromkreis kurz, sodaß die Summe der Eingangswiderstände als maximale
und zulässige Beeinträchtigung der Sicherheitsmeldeanlage verbleibt.
[0011] Mit Vorteil ist die Ausbildung hiebei so getroffen, daß der Abgriffswiderstand als
Spannungsteiler ausgebildet ist und in den Teilkreisen Kondensatoren zur Ausbildung
von amplitudenbegrenzenden Tiefpässen aufweist. Die Verwendung derartiger Kondensatoren
zur Ausschaltung von hochfrequenten Störsignalen setzt die Verwendung von Kondensatoren
geringer Kapazität voraus. Spannungsspitzen werden wirkungsvoll von bidirektionalen
Z-Dioden bzw. Suppressordioden unterdrückt.
[0012] In besonders einfacher Weise ist die Ausbildung so getroffen, daß die Schaltungsanordnung
eine integrierte galvanische Trennschaltung enthält. Derartige integrierte Trennschaltungen
können in einfacher Weise als Instrumentenverstärker, als Isolationsverstärker und
als DC/DC-Wandler ausgebildet sein, wobei insbesondere der DC/DC-Wandlerteil im Falle
eines Defektes in der Trennschaltung zu unerwünschten Störspannungen Anlaß geben könnte,
welche wirkungsvoll von der Suppressordiode bzw. der bidirektionalen Z-Diode eliminiert
werden.
[0013] Um bei besonders atypischen Defekten des integrierten Schaltkreises jegliche weitere
Beeinflussung der eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlage mit Sicherheit zu unterdrücken,
ist mit Vorteil parallel zum Eingang der integrierten Trennschaltung eine Funkenstrecke
angeordnet. Einen derartige Funkenstrecke kann hiebei so ausgebildet sein, daß sie
bei ihrem Ansprechen die Signalleitungen zum Durchschmelzen bringt, sodaß eine defekte
intergrierte Trennschaltung in galvanisch einwandfreier Weise von den Eingangsklemmen
der Überwachungseinrichtung getrennt ist und somit eine sicherheitstechnisch unerwünschte
Rückwirkung ausgeschlossen werden kann.
[0014] Eine weitere Verbesserung der Sicherheit kann durch erzielt werden, daß die integrierte
Trennschaltung über Serienwiderstände mit dem Spannungsteiler und der Suppressordiode
verbunden ist, wobei im Falle eines kurzfristigen Stromanstieges in defekten Schaltungsteilen
der Überwachungseinrichtung der Strom über diese Serienwiderstände begrenzt werden
kann und im übrigen mit Sicherheit von der Suppressordiode bzw. der bidirektionalen
Z-Diode abgeleitet werden kann.
[0015] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen theoretisch denkbaren Störfälle
analysiert werden und dargelegt wird, warum derartige Störfälle keinen Einfluß auf
die sichere Funktion der eisenbahntechnischen Sicherheitsmeldeanlage ausüben können.
[0016] In der Zeichnung ist eine prinzipielle Schaltungsanordnung dargestellt, welche für
unterschiedliche Spannungen ausgelegt ist. Die Eingangsklemmen sind jeweils mit 1
und 2 bezeichnet, wobei die Eingangswiderstände mit R1 und R2 bezeichnet sind. Es
ist weiters ein Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R3 und R4 vorgesehen,
welcher als Abgriffswiderstand wirksam wird. Alternativ kann bei Verwendung anderer
Eingangsklemmen der Widerstand R5 als Abgriffswiderstand zur Verfügung stehen.
[0017] Im Eingangsschaltkreis finden sich Kondensatoren C1 und C2, welche einen Tiefpaß
für hochfrequente Störungen ausbilden. Parallel zum Abgriffswiderstand ist eine Suppressordiode
DS1 geschaltet, über welche unzulässige Spannungen bzw. unzulässige Ströme abgeleitet
werden. An die integrierte Schaltung U1 gelangen die Signale über weitere Eingangswiderstände
R6 und R7, wobei die Eingangsklemmen 3 und 4 der intergrierten Schaltung, welche die
galvanische Trennung bewirkt, durch einen Funkenstrecke FST überbrückt sind.
[0018] An den Pins der integrierten Schaltung liegen eine Reihe weiterer Kondensatoren,
wobei das galvanisch getrennte Signal an den Ausgangspins 13 und 14 abgegriffen werden
kann. Der integrierten Schaltung U1 wird Versorgungsspannung über die Pins 10, 15
zugeführt, wobei die Versorgungsspannung in dem von der eisenbahntechnischen Sicherungsanlage
im galvanisch getrennten Teil der integrierten Schaltung zugeführt wird. Die galvanische
Trennung ist schematisch mit GT angedeutet.
[0019] Bei den im Spannungsmeßmodul verwendeten Widerständen handelt es sich um Präzisionsmetallschichtwiderstände,
für welche definierte Ausfallkenndaten vorliegen. Die Sicherheitsbauweise läßt zu,
daß ein derartiger Widerstand durch Unterbrechung extrem hochohmig bzw. als galvanische
Trennung wirkt. Ein Kurzschluß derartiger Sicherheitswiderstände ist jedoch ausgeschlossen.
Während der Widerstandswert sich aufgrund der Sicherheitsbauweise prinzipiell vergrößern
kann, ist die Verkleinerung des Widerstandswertes auf eine Verringerung um 10 % begrenzt.
[0020] Im einzelnen ergeben sich nun folgende theoretische Störungszustände:
[0021] Eine Unterbrechung verursacht durch R1 oder R2 trennt das Spannungsmeßmodul von der
Sicherheitseinrichtung und es können keinen Meßgrößen mehr erfaßt werden. Eine Beeinflussung
der Sicherheitsmeldeanlage ist nicht möglich.
[0022] Eine Unterbrechung verursacht durch R3 oder R4 unterbindet den Stromfluß durch R3
und R4, sodaß es zu einem Spannungsanstieg an den Kondensatoren C1 und C2 kommen kann.
Wenn der Spannungsanstieg groß genug ist, bewirkt dieser Spannungsanstieg das Ansprechen
der Suppressordiode DS1, die dadurch die Spannung am Eingang des Isolationsverstärkers
auf einen unschädlichen Wert begrenzt. Der Ableitstrom durch die Suppressordiode und
damit der der Sicherungsanlage entnommene Strom wird durch die Widerstände R1 und
R2 begrenzt und liegt im Bereich von einigen Mikroampere. Prinzipiell führt eine derartige
Störung somit zur Messung falscher Spannungsmeßwerte und damit zu falschen Diagnosedaten,
die aber die Funktionsweise der Sicherheitsanlage bzw. die Sicherheit im signaltechnischen
Sinne nicht beeinträchtigen.
[0023] Eine Unterbrechung verursacht durch einen defekten Widerstand R6 oder R7 führt lediglich
zu einer Abtrennung der Meßwerterfassungseinrichtung. Es stehen keine Meßwerte für
die Weiterverarbeitung zur Verfügung, womit die Funktionsweise der Sicherungsanlage
bzw. die Sicherheit im signaltechnischen Sinne unbeeinflußt bleibt.
[0024] Ein Kurzschluß hat aufgrund der Verwendung von Sicherheitsbauformen im Bereich der
genannten Widerstände keine Wahrscheinlichkeit. Die Widerstände R3 und R4 müssen nicht
unbedingt in Sicherheitsbauformen eingesetzt werden, da ein Kurzschluß durch R3 eine
Änderung des Übersetzungsverhältnisses zur Folge hat und damit lediglich die Spannung
an den Eingangsklemmen des ICs sinkt. Es werden somit zwar falsche Spannungsmeßwerte
der Diagnoseeinrichtung übermittelt. Die Funktionsweise der Sicherungsanlage bzw.
die Sicherheit im signaltechnischen Sinne bleibt unbeeinflußt. Auch eine Vergrößerung
einzelner Widerstandswerte führt bestenfalls zu einer Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
und verfälscht die Messung der Meßgrößen. Die Sicherheit der Anlage wird dadurch nicht
gefährdet.
[0025] Eine Verkleinerung der Widerstandswerte um die maximal zulässigen 10 % bei einer
Sicherheitsbauform verfälscht gleichfalls lediglich die Meßwertauswertung, hat jedoch
auf die Funktionsweise der Sicherungsanlage bzw. der Sicherheitsmeldeanlage keine
Auswirkung.
[0026] Ein Wackelkontakt einzelner Widerstände beeinträchtigt zwar die Meßwerterfassung,
bleibt aber ohne Auswirkung auf die Sicherungsanlage.
[0027] Analoges gilt für intermetierenden Schluß für den Fall, daß für die Widerstände R4
und R5 keine Sicherheitsbauformen verwendet werden.
[0028] Die Oberflächenisolation muß naturgemäß bei der Planung des Layouts entsprechend
berücksichtigt werden und es muß Raum geschaffen werden, welcher um die Widerstände
freigehalten wird. Es dürfen somit keine Leiterbahnen unter den Widerstandskörpern
durchlaufen und auch keine anderen Bauteile sich in unmittelbarer Umgebung befinden,
sodaß selbst bei defekter Oberflächenisolation einzelner Widerstände keine Beeinträchtigung
der Sicherheitsanlage entstehen können.
[0029] Die Widerstände R1 bis R7 werden kalt, d.h. leistungsarm, betrieben, sodaß nur eine
geringe Erwärmung der Widerstände auftreten kann. Der Einfluß von Veränderungen und
insbesondere Vergrößerungen des Wärmewiderstandes ist somit bestenfalls durch die
Umgebungstemperatur verursacht und hat aufgrund der geringen umgesetzten Leistung
vernachlässigbare Wirkungen.
[0030] Die Kondensatoren C1 und C2 bilden zusammen mit dem Eingangsspannungsteil einen Tiefpaß
und dienen der Unterdrückung unerwünschter Frequenzanteile. Eine Unterbrechung des
Kondensators C1 oder C2 würde eine Erhöhung der Grenzfrequenz bedeuten, was sich lediglich
auf die Filtereigenschaften der Eingangsschaltung des Meßmodules auswirkt, jedoch
keine Beeinflussung der Funktion der Sicherheitsanlage und keine Gefährdung im signaltechnischen
Sinne mit sich bringt.
[0031] Ein Kurzschluß verursacht durch C1 bedeutet eine Überbrückung des Widerstandes R3.
Auf diese Weise ergibt sich zwar eine geringfügige Erhöhung des dem Meßobjekt entnommenen
Stromes im Mikroamperebereich. Die Beeinflussung der Funktion der Sicherungsanlage
und die Gefährdung im signaltechnischen Sinne tritt jedoch aufgrund der Eingangswiderstände
R1 und R2 nicht ein. Analoges gilt für den Kurzschluß verursacht durch C2.
[0032] Wenn die Kapazitäten von C1 oder C2 ansteigen, so führt dies lediglich zu einer Veränderung
der Filtercharakteristik, ohne eine Auswirkung auf die Sicherungsanlage.
[0033] Eine Verkleinerung der Kapazitäten C1 oder C2 führt zu einer Veränderung der Filtercharakteristik
ohne Auswirkung auf die Sicherungsanlage.
[0034] Änderungen des Isolationswiderstandes oder des Verlustfaktors werden erst bei höheren
Frequenzen relevant, bei welchen durch die entstehenden dielektrischen Verluste Eigenerwärmungen
möglich sind. Eine Änderung bei C1 bzw. C2 könnte aber nur die Meßgenauigkeit beeinträchtigen
und bleibt für die Funktionsweise der Sicherungsanlage ohne Belang.
[0035] Aufgrund der kleinen Kapazitätswerte kann nur geringe elektrische Energie gespeichert
werden, deren Freiwerden keine Auswirkung auf Meßmodul bzw. Sicherheitsanlage hat.
[0036] Ein Wackelkontakt verursacht durch C1 oder durch C2 verursacht eine entsprechende
zeitlich Änderung der Übertragungseigenschaften der Eingangsschaltung, welche die
Meßwertauswertung verfälscht, aber keine Auswirkung auf die Sicherungsanlage hat.
[0037] Auch intermittierende Schlüsse verursacht durch C1 oder C2 führen lediglich zu einem
zeitlich sich ändernden Übersetzungsverhältnis des Eingangsspannungsteilers, welcher
die Meßwertauswertung verfälscht, aber keine Auswirkung auf die Sicherungsanlage hat.
[0038] Für Suppressordioden sind Ausfallisten nicht bekannt. Für Z-Dioden existieren derartige
Ausfallisten. Da sich eine Suppressordiode wie eine bidirektionale Hochleistungs-Zehner-Diode
mit sehr kurzer Ansprechzeit und hoher Ableitfähigkeit verhält, gelten die Ausfallisten
für Z-Dioden. Die Aufgabe der Suppressordiode bei Betrachtung der Auswerteschaltung
als passiven Bauteil dient weitestgehend dem Schutz des Eingangs des ICs. Eine Unterbrechung
durch DS1 hat keine Auswirkung auf die Funktionsweise des Meßmodules. Lediglich der
Eingangsschutz muß in diesem Falle durch die interne Schutzstruktur des ICs selbst
übernommen werden. Eine Unterbrechung durch DS1 hat prinzipiell keine Auswirkung auf
die Funktionsweise der Sicherungsanlage, solange die Meßeinrichtung als passiver Bauteil
wirkt. Ein Kurzschluß verursacht durch DS1 bewirkt, daß keine Meßgrößen zur Verarbeitung
aufgenommen werden können.
[0039] Bei der Betrachtung des Spannungsmeßmodules als aktive Funktionseinheit gelten zusätzliche
Überlegungen.
[0040] Wie oben dargelegt bleiben Einzelausfälle der passiven Bauteile des Spannungsmeßmodules
ungefährlich. Eine Gefährdung der signaltechnischen Sicherheit der Sicherungsanlage
kann somit offensichtlich nur auftreten, wenn der Meßgrößenabgriff durch einen Fehlerfall
zu einer aktiven Funktionsgruppe wird, d.h. wenn anstelle eines passiven Spannungsabgriffes
eine Spannungsquelle eingespeist wird, welche die ordnungsgemäße Funktion der Sicherheitsanlage
beeinträchtigen könnte. Ob dies überhaupt möglich ist, hängt vom Ausfallverhalten
des integrierten Bausteines ab. Über das Ausfallverhalten dieses Bauteiles können
aber keine definitiven Aussagen gemacht werden und es kann daher für die Frage der
Rückwirkungsfreiheit nur der jeweils schlechteste Fall angenommen werden, welcher
einem Mehrfachausfall von Bauelementen entspricht.
[0041] Die Auswirkung derartiger Mehrfachausfälle hängt naturgemäß auch von der korrekten
Funktion der Elemente der Gleisfreimeldeanlage ab. Bei Verwendung von Zählpunkten
umfaßt die elektronische Einrichtung der Gleisfreimeldeanlage Generatorbaugruppen,
Bandpaßbaugruppen mit Stromversorgung, Triggerverstärkerbaugruppen und Impulsformerbaugruppen,
insbesondere mit digitaler Verzögerung.
[0042] Frequenzgeneratoren speisen die Senderspulen des Schienenkontaktes. Die erzeugten
Wechselfelder werden in zugehörigen Empfangsspulen je nach Stärke der Kopplung verschieden
hohe Spannungen induzieren. Die induzierten Spannungen, welche verstärkt und danach
gleichgerichtet werden, steuern jeweils astabile Multivibratoren. Bei unbefahrenen
Schienenkontakten werden die beiden Nennfrequenzen abgegeben, wobei die erzeugten
Rechteckspannungen den angelegten Steuerspannungen und so mit den Empfangsspannungen
proportional sind. Steigt bzw. sinkt die Empfangsspannung bei Durchlauf eines Rades
so erhöht bzw. verringert sich die Frequenz entsprechend.
[0043] Den astabilen Multivibratoren der Generatorbaugruppe folgen Bandpaßfilter, deren
jeweilige Durchlaßbereiche jeweils so gestaltet sind, daß sie Frequenzen, welche den
Nennfrequenzen entsprechen, durchlassen. Jede von diesen Nennfrequenzen abweichende
Frequenz wird stark bedämpft. In den Triggerverstärkerbaugruppen erfolgt eine kanalweise
Verstärkung der Wechselspannungsausgangssignale der beiden Bandpässe, welche gleichgerichtet
werden. Es sind weiters Schmitt-Trigger vorgesehen, welche Rechteckimpulse als Ausgangssignale
liefern, deren Dauer befahrungsabhängig ist und deren zeitliche Zuordnung dem Versatz
der beiden Spulensysteme im Schienenkontakt entspricht. Auf dieser Baugruppe wird
über Dioden aus den Ausgangssignalen des Schmitt-Triggers das Überwachungssignal gewonnen.
Die beiden Ausgangssignale der Schmitt-Trigger und das Überwachungssignal werden dann
in einer Impulsformerbaugruppe so weiter verarbeitet, daß sie zur direkten Ansteuerung
der Motorzählwerksgruppe geeignet sind.
[0044] Aus dieser Funktionsweise ergibt sich, daß bei nichtbefahrenem Zählpunkt an den Klemmen
der Empfangsspannung eine bestimmte Ruhespannung anliegt, welche eine erste Nennfrequenz
bestimmt. Diese Nennfrequenz liegt im Durchlaßbereich des Bandpasses, sodaß an dessen
Ausgang die Wechselspannung mit der Nennfrequenz mit einer Amplitude auftritt, die
nach Verstärkung und Gleichrichtung einen Entspannungswert liefert, der über der Schaltschwelle
des Schmitt-Triggers liegt. Sobald ein Rad den Schienenkontakt befährt, wird eine
Vergrößerung der Kopplung zwischen Sende- und Empfangsspule erreicht und damit ein
Anstieg der Empfangsspannung beobachtet. Dieser Spannungsanstieg steuert nun die astabilen
Mulitvibratoren derart, daß es zu einem Frequenzanstieg kommt. Wenn diese Frequenz
nun den Durchlaßbereich der Bandpaßfilter verläßt, wird die Wechselspannungsamplitude
stark gedämpft. Das resultierende Absinken der Spannung am Eingang des Schmitt-Triggers
führt schließlich zur positiven Flanke des Achszählimpulses.
[0045] Unter Berücksichtigung dieser Funktionsweise einer Zählpunktelektronik lassen sich
nun mögliche Szenarien für die Gefährdung im Sinne der signaltechnischen Sicherheit
ableiten. Wenn bei Bedämpfung des Schienenkontaktes die Schaltpegel der zugehörigen
Schmitt-Trigger nicht erreicht werden, kann es zu keiner Besetztmeldung kommen. Dies
würde bedeuten, daß ein Einfahren eines Zuges in einem mit Zählpunkt überwachten Gleisabschnitt
nicht zu einer Besetztmeldung führen würde. Ein derartiges Ausbleiben des erforderlichen
Schaltpegels müßte aber in beiden voneinander unabhängig arbeitenden Verarbeitungskanälen
gleichzeitig auftreten. Wäre nur ein Kanal davon betroffen, käme es bei Bedämpfung
des dem funktionierenden Kanal zugeordneten Spulensystemes zu einer Besetztsignalisierung.
[0046] Als schlechtest denkbarer Mehrfachausfall von Einzelbausteinen der Überwachungseinrichtung
ergeben sich somit nachfolgende Szenarien:
[0047] Durch einen Fehler im integrierten Schaltkreis werden die Eingangsklemmen des ICs
zu Ausgangsklemmen und der Bauteil selbst zum Generator, der Spannungen mit beliebigen
Amplituden, Frequenzen und Phasenlagen erzeugt und dessen Signale über den passiven
Eingangsspannungsteiler in die jeweilige Signalanlage eingespeist werden. Die Begrenzung
der Höhe einer derartigen Fehlspannung, die durch ein fehlerhaftes Spannungsmeßmodul
möglicherweise eingespeist werden kann, erfolgt durch die Funkenstrecke, die auf der
Platine des Spannungsmeßmodules zwischen den Signaleingangspins des integrierten Bauteiles
angeordnet ist. Bei geeigneter Auslegung dieser Funkenstrecke ist somit die maximal
mögliche Spannung, die ein fehlerhaftes Spannungsmeßmodul generieren kann, begrenzt
und bleibt auch bei nicht ordnungsgemäß justiertem Zählpunkt ohne Funktionsbeeinträchtigung
und damit ohne Gefährdung im Sinne der signaltechnischen Sicherheit. Erst für den
Fall, daß eine nicht ordnungsgemäße Bedämpfung der Schienenkontakte erfolgt und abgenützte
Spurkränze, schadhafte Räder, nicht ordnungsgemäß montierte Schienenkontakte oder
Abweichungen in der Gleisgeometrie bzw. im Sinuslauf eine extrem schlechte Bedämpfung
der Schienenkontakte zur Folge haben, kann als Grenzfall, bei dem gerade noch die
Schmitt-Triggerschwelle erreicht wird, ein schadhaftes Spannungsmeßmodul äußerstenfalls
eine Achszählung verhindern. Da ein derartiger Zustand nicht auf alle Achsen eines
Zuges gleichzeitig zutreffen kann, können dadurch zwar Zählfehler entstehen, welche
äußerstenfalls eine Besetztmeldung zur Folge haben. Eine unbemerkte Zugüberfahrt kann
jedoch ausgeschlossen werden. Bei Ausfall des Spannungsmeßmodules in der Form, daß
die Unterschreitung der Schaltschwelle des Schmitt-Triggers verhindert wird, wäre
gleichfalls keine Gefährdung aufgrund der zweikanaligen Ausbildung gegeben. Ein gleichwertiger
Ausfall eines zweiten Spannungsmeßmodules führt aber dazu, daß sich eine derartige
Fehlfunktion eines Spannungsmeßmodules offenbart, bevor weitere Ausfälle von Bauelementen
des zweiten Spannungsmeßmodules zu einer gleichwertigen Fehlfunktion führen. Der Grenzwert
für die Ausfalloffenbarungszeit liegt immer deutlich über den Zeitgrenzwerten, die
vom Hersteller für Zählpunkte angegeben werden. Der Ausfall eines Spannungsmeßmodules
offenbart sich somit bevor ein gleichwertiger Ausfall des zweiten Spannungsmeßmodules
eintreten kann. Auch bei der höchst physikalisch von einer defekten Baugruppe als
aktiven Bauteil erzielbaren Grenzspannung kann eine Freimeldung nicht erfolgen, sodaß
auch unter Berücksichtigung der unwahrscheinlichsten Fehlerquellen ein defekter IC
im schlechtest anzunehmenden Fall keine Gefährdung der signaltechnischen Sicherheit
herbeiführen kann.
1. Schaltungsanordnung zur Überwachung von Betriebskenndaten von eisenbahntechnischen
Sicherheitsmeldeanlagen, wie z.B. Gleisfreimeldeanlagen, Gleisstromkreisrelais oder
Achszählern, mit welcher Meßspannungen über einen elektrischen Widerstand abgegriffen
und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnungen in jeder
Meßleitung symmetrisch je einen Eingangswiderstand (R1,R2) und parallel zum Abgriffswiderstand
eine Suppressordiode bzw. eine bidirektionale Z-Diode (DS1) enthält.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriffswiderstand
als Spannungsteiler (R3,R4) ausgebildet ist und in den Teilkreisen Kondensatoren (C1,C2)
zur Ausbildung von amplitudenbegrenzenden Tiefpässen aufweist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung
eine integrierte galvanische Trennschaltung (GT) enthält.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine integrierte
Trennschaltung (GT) als Instrumentenverstärker, als Isolationsverstärker und als DC/DC-Wandler
ausgebildet ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
parallel zum Eingang (3,4) der integrierten Trennschaltung (GT) eine Funkenstrecke
(FST) angeordnet ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die integrierte Trennschaltung (GT) über Serienwiderstände (R6,R7) mit dem Spannungsteiler
(R3,R4) und der Suppressordiode (DS1) verbunden ist.