Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer eisenbahntechnisch sicheren Rückmeldung

Abstract

 Es wird ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer eisenbahntechnisch sicheren Rückmeldung (2) eines ausgeführten Kommandos (1) vorgeschlagen, das weitgehend immun gegenüber elektromagnetischen Störfeldern (7) ist. Das Kommando (1) wird einer ersten eisenbahntechnischen Einheit (10) zugeführt und über eine Leitung (3) einer zweiten eisenbahntechnischen Einheit (20) zur Ausführung übertragen. Die Übertragung des Kommandos (1) erfolgt über eine zweidrahtige Leitung mittels einer in der ersten eisenbahntechnischen Einheit (10) enthaltenen Wechselstromquelle (11, 12). Die Rückmeldung wird aus dem zwischen der ersten und zweiten eisenbahntechnischen Einheit fliessenden Strom (i_st) erzeugt. Durch den Abgriff eines fliessenden Stromes ist der Störabstand gegenüber dem Abgriff einer Spannung sehr wesentlich höher und damit kann die erzeugte Rückmeldung (2) als eisenbahntechnisch sicher betrachtet werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer eisenbahntechnisch sicheren Rückmeldung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 10.

[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Eisenbahnsicherungstechnik. Um einen möglichst lückenlosen Sicherheitsnachweis bei der Übertragung von Kommandos an eine eisenbahntechnische Einheit und entsprechender Rückmeldungen über ausgeführte Kommandos führen zu können, ist es erforderlich, dass auch die Rückmeldungen möglichst nicht durch auftretende elektromagnetische Störfelder verfälscht werden. Diese Störfelder resultieren insbesondere aus:

a) Traktionsströme in Fahrdraht, Schiene und Fahrzeug;

b) Ströme aus den eingesetzten Wirbelstrombremsen.

Dabei werden diese Störfelder durch das im Gleisbereich massiv vorhandene ferromagnetische Material verändert, insbesondere durch Reflexion, Phasenverschiebungen und durch lokal induzierte Sekundärströme.

[0003] Die Rückmeldungen beinhalten das Überwachen von Kontakten und Zuständen wie z.B. «Barriere geschlossen» oder «Weiche verriegelt». Aufgrund einer solchen Rückmeldung kann z.B. ein Signal auf freie Fahrt gesetzt werden.

[0004] Die zu erfüllenden Anforderungen an Schaltungen bezüglich Umgebungseinflüsse sind in den Normen EN 50126 und EN 50129 festgelegt.

[0005] In Figur 1 ist eine Schaltungsanordnung gemäss dem Stand der Technik gezeigt. Eine erste eisenbahntechnische Einheit 10 ist über eine Leitung 3 mit einer zweiten eisenbahntechnische Einheit 20 verbunden. Durch ein an die erste Einheit 10 übermitteltes Kommando 1 wird ein Kontakt 18 betätigt und bewirkt, dass am Ausgang der ersten Einheit eine Spannung U₁ und am Eingang der zweiten eisenbahntechnischen Einheit 20 eine Spannung U₂ anliegt. Die am Ausgang der ersten Einheit anliegende Spannung wird benutzt, um eine Rückmeldung 2 zu generieren. Aufgrund der im Gleisbereich auftretenden starken elektromagnetischen Felder (in Fig. 1 symbolisch durch den Pfeil 4 dargestellt) ist es nun möglich, dass über die Leitungen 3 eine so hohe Spannung induziert wird, mit der eine Rückmeldung 2 über ein nur vermeintlich ausgeführtes Kommando 1 erzeugt werden kann. Die Folgen einer solchen Rückmeldung können fatale Auswirkungen haben, z.B. wenn dadurch ein Signal fälschlicherweise auf «FAHRT» gestellt würde. Das Problem mit der Induktion durch Störfelder 4 auf die Leitung 3 kann mit einer Gleichstromdetektion deshalb nicht zufriedenstellend gelöst werden, weil auf der Seite der zweiten eisenbahntechnischen Einheit 20 aktive Stromdetektionselemente vorgesehen werden müssten. Darüber hinaus besteht bei einer Stromdetektion zusätzlich das Problem der sogenannten DC-Drift. Eine Leistungserfassung ist nicht erforderlich.

[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer eisenbahntechnisch sicheren Rückmeldung anzugeben, die weitgehend immun gegen die im Gleisbereich auftretenden Störfelder sind.

[0007] Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren und mit der im Patentanspruch 10 angegebenen Schaltungsanordnung gelöst.

[0008] Durch die erfindungsgemässe Verfahrensschritte, wonach

A die Übertragung des Kommandos erfolgt über eine zweidrahtige Leitung mittels einer in der ersten eisenbahntechnischen Einheit enthaltenen Wechselstromquelle;

B die Rückmeldung wird aus dem zwischen der ersten und zweiten eisenbahntechnischen Einheit fliessenden Strom erzeugt;

ist sichergestellt, dass die Rückmeldung nicht durch auf der Leitung induzierte Spannungen verfälscht wird. Dadurch, dass die Übertragung mittels einer Wechselstromquelle erfolgt, ist der Störabstand sehr signifikant grösser als bei einer Übertragung mittels einer Spannung und eine sogenannte DC-Drift hat keinen Einfluss.

[0009] Die Erfindung ist auch deshalb besonders vorteilhaft, weil auf der Seite der ersten eisenbahntechnischen Einheit zur Detektion des Wechselstromes (und damit zur Erzeugung einer Rückmeldung) in der Bahntechnik etablierte Stromrelais, insbesondere Sicherheitsstromrelais, eingesetzt werden können.

[0010] Erfindungsgemäss bedeutend ist, dass der Strom die relevante Grösse darstellt und als Kriterium für das Vorhandensein oder für das Nichtvorhandensein einer Information herangezogen wird. Wenn die Leiter zwischen den beiden eisenbahntechnischen Einheiten symmetrisch angeordnet sind, das heisst als «twisted pair», können nur Symmetriefehler wirksam werden,

[0011] Unter dem Begriff «eisenbahntechnische Einheit» wird im Sinne dieser Schrift in nicht abschliessender Aufzählung subsummiert:

• Barrierenantrieb,
• Barrienkontakt,
• Signallampenansteuerung,
• Weichenansteuerung,
• Kontakt der eine Weichenlage repräsentiert.

[0012] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

[0013] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1

Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Rückmeldung gemäss dem Stand der Technik;

Figur 2

erfindungsgemässe Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer eisenbahntechnisch sicheren Rückmeldung in einer ersten Ausführungsform mit einem Stromwandler;

Figur 3

erfindungsgemässe Schaltungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform mit einem Hallelement;

Figur 4

erfindungsgemässe Schaltungsanordnung in einer dritten Ausführungsform mit einem elektrooptischen Koppelelement.

[0014] Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird vorerst noch einmal zu einer bekannten Anordnung gemäss der Figur 1 Bezug genommen. Es wird angenommen, dass die Leitung 3 zwischen den beiden eisenbahntechnischen Einheiten 10 und 20 im Gleisbereich liegt. Typische Distanzen zwischen den eisenbahntechnischen Einheiten 10 und 20 betragen etwa 5m bis 6500m. Das Anlegen einer Spannung U₁ durch die erste eisenbahntechnische Einheit 10 bedingt, dass die zweite eisenbahntechnische Einheit 20 mit dem im Ersatzschaltbild gezeigten Innenwiderstand 21 einen relativ hohen Innenwiderstandswert R_i aufweisen muss. Typische Werte für den Innenwiderstandswert R_i liegen in der Grössenordnung von ca. 10 bis 50 kOhm. Ein relativ hoher Innenwiderstandswert R_i hat als Vorteil einen verhältnismässig tiefen Energiebedarf zur Folge. Nachteilig ist, dass durch die im Gleisbereich auftretenden starken elektromagnetischen Störfelder 7 auf die Leitungen 3 eine Spannung in der Grössenordnung der Spannung U₁ induziert wird. Zur Erzeugung einer Rückmeldung 2 wird in der ersten Einheit 10 die Spannung U₁ abgegriffen. Unter den vorgenannten Einflussfaktoren ist nun leicht ersichtlich, dass eine auf diese Weise generierte Rückmeldung eisenbahntechnisch nicht sicher ist.

[0015] In Figur 2 ist eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer eisenbahntechnisch sicheren Rückmeldung in einer prinzipiellen Darstellung gezeigt. Die erste eisenbahntechnische Einheit 10 weist eine Gleichstromquelle 11 die über einen Ladewiderstand 14 mit einem astabilen Multivibrator 12 gekoppelt ist. Der Ladewiderstand 14 dient zur Strombegrenzung. Die in Fig. 2 gezeigte Spannung U₁ ist als Gleichspannung zu verstehen. Nur symbolisch ist ein durch ein Kommando 1 schaltbarer Kontakt 18 gezeigt, da eine Stromquelle von aussen her nicht geschaltet werden kann. Auf der Seite der zweiten eisenbahntechnischen Einheit 20 ist ein Stromwandler 22 angeordnet, der zwei unabhängige Sekundärkreise 23.1 und 23.2 aufweist. Nicht weiter dargestellt ist, die Erzeugung eines weiteren Kommandos zur Übermittlung an eine weitere eisenbahntechnische Einheit 30. Durch den astabilen Multivibrator 12 fliesst zwischen den beiden Einheiten 10 und 20 ein Wechselstrom i_st. Der Multivibrator 12 arbeitet nach dem sogenannten On/Off-Prinzip, ohne Berücksichtigung von induktiven Einflüssen weist die Spannung U_1a eine Rechteckform auf. Typische Frequenzen für den astabilen Multivibrator liegen bei 1 Hz .. 1 kHz, vorzugsweise bei 50 Hz.

[0016] Zur Detektion des Wechselstromes ist auf der Seite der ersten Einheit 10 ein sogenanntes Wechselstromrelais 13 eingefügt. Dieses weist einen Gleichrichter auf, um ein Gleichstromrelais anzusteuern. Fliesst nun aufgrund eines Kommandos 1 ein Wechselstrom i_st zwischen den beiden eisenbahntechnischen Einheiten, wird das vorgenannte Relais aktiviert und kann mit den zwangsgeführten Kontakten einen weiteren Stromkreis schliessen, durch den die Rückmeldung 2 generiert wird, sogenannte Kreiskontrolle. Die Impedanz des Stromwandlers liegt in der Grössenordnung von ca. 0.1 Ohm.

[0017] Auf der Seite der ersten eisenbahntechnischen Einheit 10 kann für die Kreiskontrolle alternativ zum Wechselstromrelais 13 ein Stromwandler oder ein Hallelement eingesetzt werden.

[0018] Besonders vorteilhaft ist es, als Wechselstromrelais 13 solche im Bahnbetrieb etablierten sicheren Typen einzusetzen. Solche etablierte sichere Typen weisen valente und antivalente Kontakte auf. Ebenso können aus Gründen der geforderten Redundanz und Unabhängigkeit mehrere solcher Wechselstromrelais zur Erzeugung einer sicheren Rückmeldung verwendet werden.

[0019] Diese Schaltungsanordnung gemäss der Fig. 2 kann z.B. wie folgt eingesetzt werden:

Die eisenbahntechnische Einheit 10 ist ein Barrierenantrieb, die eisenbahntechnische Einheit 20 eine Line Side Electronic Unit LEU und die weitere Einheit eine Balise. Das Kommando 1 steht für den Befehl bzw. Zustand «Barriere geschlossen». Daraufhin wird auf der Eisenbahnstrecke die vorstehend erwähnt LEU aktiviert, die ihrerseits eine Balise 30 ansteuert. Die sichere Rückmeldung geht zum Stellwerk und erlaubt das Einstellen einer Rangierfahrstrasse oder das Setzen eines Signals auf «grün».

[0020] Anstelle der in Fig. 2 gezeigten Anordnung eines Stromwandlers 22 auf der Seite der zweiten eisenbahntechnischen Einheit 20 kann auch ein rein ohmsche Anschaltung vorgesehen werden. Der Innenwiderstandswert R_i liegt dabei typischerweise in der gleichen Grössenordnung wie die vorstehend angegebene Impedanz des Stromwandlers 22.

[0021] Alternativ zur in Fig. 2 gezeigten Anordnung und alternativ zur vorstehend erwähnten rein ohmschen Anschaltung sind in Fig. 3 und 4 zwei weitere Ausführungsformen der Signalauskopplung gezeigt.

[0022] In Fig. 3 ist als weitere Ausführungsform anstelle eines Stromwandlers 22 mit getrennten Sekundärkreisen 23.1 und 23.2 ein Hall-Element 32 mit ebenfalls getrennten Sekundärkreisen 33.1 und 33.2 dargestellt.

[0023] Gemäss der Darstellung in Fig. 4 erfolgt die Auskopplung der dem Stromfluss zugrundeliegenden Information mit zwei elektrooptischen Koppelelementen 42.

[0024] Die vorstehend in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen sind frei kombinierbar mit den Ausführungsformen für die Kreiskontrolle auf der Seite der ersten eisenbahntechnischen Einheit 10.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

[0025] 

1

Kommando

2

Rückmeldung

3

Leitung zwischen erster und zweiter eisenbahntechnischer Einheit, meist im Gleisbereich angeordnet

4

elektromagnetische Störbeeinflussung im Gleisbereich

5

Kommando an eine weitere Eisenbahntechnische Einheit 30

5.1, 5.2

getrennte Leitungen zur Übermittlung eines Kommandos 5

10

erste eisenbahntechnische Einheit, z.B. Anschaltlogik, Stellteil

11

Gleichstromquelle

12

astabiler Multivibrator

13

Stromrelais

14

Ladewiderstand

18

durch ein Kommando 1 schaltbarer Kontakt

19

Gleichspannungsquelle

20

zweite eisenbahntechnische Einheit

21

Innenwiderstand der zweiten eisenbahntechnischen Einheit aus Sicht der Leitung 3 im Ersatzschaltbild

22

Stromwandler

23.1, 23.2

erster und zweiter unabhängiger Sekundärkreis des Stromwandlers 22

30

weitere eisenbahntechnische Einheit, z.B. Balise, Zub, Indusi

32

Hallelement

33.1, 33.2

erster und zweiter unabhängiger Sekundärkreis des Hallelementes 32

42

elektrooptisches Koppelelement

i_st

Steuerwechselstrom auf der Leitung 3

R_i

Innenwiderstandswert

U₁, U_1b

Spannung am Ausgang der ersten eisenbahntechnischen Einheit

U_1a

Wechselspannung über dem astabilen Multivibrator 12

U₂

Spannung am Eingang der zweiten eisenbahntechnischen Einheit

Ansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung einer eisenbahntechnisch sicheren Rückmeldung (2) eines ausgeführten Kommandos (1), wobei das Kommando (1) einer ersten eisenbahntechnischen Einheit (10) zugeführt und über eine Leitung (3) einer zweiten eisenbahntechnischen Einheit (20) zur Ausführung übertragen wird und die Rückmeldung (2) an der ersten eisenbahntechnischen Einheit (10) abgreifbar ist;
gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

A die Übertragung des Kommandos (1) erfolgt über eine zweidrahtige Leitung mittels einer in der ersten eisenbahntechnischen Einheit (10) enthaltenen Wechselstromquelle (11, 12);

B die Rückmeldung (2) wird aus dem zwischen der ersten und zweiten eisenbahntechnischen Einheit fliessenden Strom (i_st) erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1;
dadurch gekennzeichnet, dass
im Verfahrensschritt B die Rückmeldung (2) durch ein in der ersten eisenbahntechnischen Einheit (10) angeordnetes Wechselstromrelais (13) geschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2;
dadurch gekennzeichnet, dass
im Verfahrensschritt A die Wechselstromquelle (11, 12) aus einer mit einem astabilen Multivibrator (12) gekoppelten Gleichstromquelle (11) gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite eisenbahntechnische Einheit (20) einen Stromwandler (22) aufweist, an dessen Ausgang ein weiteres Kommando (5) für eine weitere eisenbahntechnische Einheit (30) generiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stromwandler (22) zwei unabhängige Sekundärkreise (23.1, 23.2) aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite eisenbahntechnische Einheit (20) ein Hallelement (32) aufweist, an dessen Ausgang (32.1, 33.2) ein weiteres Kommando (5) für eine weitere eisenbahntechnische Einheit (30) generiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hallelement (32) zwei unabhängige Sekundärkreise (33.1, 33.2) aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite eisenbahntechnische Einheit (20) ein elektrooptisches Koppelelement (42) aufweist, an dessen Ausgang (5.1, 5.2) ein weiteres Kommando (5) für eine weitere eisenbahntechnische Einheit (30) generiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zwei unabhängige elektrooptisches Koppelelemente (42) vorgesehen sind.

10. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9.

Zeichnung