[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übertragen eines
Zustandssignals eines Verkehrsbeeinflussungsgeräts auf ein Fahrzeug, bei der das Zustandssignal
des Verkehrsbeeinflussungsgeräts durch eine elektrische Schaltung, insbesondere eine
Relaisschaltung, einstellbar ist und mittels einer Übertragungseinheit auf das Fahrzeug
übertragbar ist.
[0002] Eine derartige Vorrichtung wird heute beispielsweise standardmässig zur Übertragung
des Zustandes eines Lichtsignals auf eine Lokomotive verwendet. Dabei werden derzeit
u.a. unter den Namen "SIGNUM" und "ZUB 121" bekannte Systeme verwendet. Beide Systeme
sind punktförmige Zugsicherungssysteme und werden häufig redundant betrieben. Mit
diesen Systemen werden typischerweise Zustandssignale des Lichtsignals, wie "Fahrt",
"Warnung" und "Halt", auf die Lokomotive oder bei schiebender Lokomotive auf ein Steuerfahrzeug
übertragen.
[0003] Das unter dem Namen "SIGNUM" bekannte System arbeitet nach einem transformatorischen
Verfahren. Bei diesem Verfahren wird über einen an der Lokomotive oder an dem Steuerfahrzeug
angebrachten Permanentmagnet in einer gleisseitig angebrachten Spule ein Spannungsimpuls
induziert. Der Ausgang dieser Spule wird entsprechend dem aktuell zu übertragenden
Zustandsbegriff des Lichtsignals beschaltet, wozu in der Regel eine Relaisschaltung
verwendet ist. Dieser derartig beschaltete Ausgang wird über einen U-Kern im Wege
transformatorischer Kopplung an eine zweite ebenfalls gleisseitig angeordnete Spule
angelegt. Eine weitere zu diesem Transformator gehörige Spule ist auf der Lokomotive
oder dem Steuerfahrzeug angeordnet. Auf diese Weise liest diese Spule die durch den
Permanentmagnet an der Lokomotive oder an dem Steuerfahrzeug induzierten Spannungsimpuls,
welcher nun zusätzlich mit dem zu übertragenden Zustandsbegriff des Lichtsignals codiert
ist, zurück. Hierbei führt die Codifizierung dazu, dass der induzierte Spannungsimpuls
hinsichtlich seiner Polarität unverändert bleibt oder invertiert wird oder der Spannungsimpuls
an die Erdung geleitet wird und daher kein Signal auftritt.
[0004] Die durch den Permanentmagnet an der Lokomotive oder dem Steuerfahrzeug in der Spule
induzierte Spannung erreicht je nach Geschwindigkeit, d.h. je nach zeitlicher Änderung
des magnetischen Flusses, bis zu 400 Volt, so dass sämtliche in dieser transformatorischen
Übertragungsschleife befindlichen Kontakte niederohmig sind und allfällige hochohmige
Kontakte infolge dieser vergleichsweise hohen induzierten Spannung durch eine sogenannte
Frittung, d.h. Erzeugung eines Lichtbogens über dem hochohmigen Kontakt (Spannungsdurchbruch),
niederohmig gemacht werden. Auf diese Weise ist die Bildung des zu dem zu übertragenden
Signalzustand korrespondierenden Signalbegriffs selbst bei in Relaisschaltungen verwendeten
stromlos geschalteten Reinsilber-Kontakten unproblematisch.
[0005] Aufgrund der Weiterentwicklung der Zugbeeinflussungssysteme ist derzeit bereits der
Auslauf der Systeme "SIGNUM" und "ZUB121" zumindest auf viel und häufig auch mit Hochgeschwindigkeitszügen
befahrenen Gleisstrecken vorprogrammiert, weil diese Systeme durch ein sogenanntes
"European Train Control System", nachfolgend als ETCS bezeichnet, abgelöst werden.
Das ETCS bietet eine gegenüber den alten Systemen erhöhte Funktionalität hinsichtlich
der Zugbeeinflussung und verbessert die Sicherheit der Zugsteuerung signifikant.
[0006] Bei der Übertragung des Zustandssignals des Lichtsignals benötigt das ETCS punktförmige
Übertragungsmodule, die als sogenannte EURO-Balisen bezeichnet sind. Dabei wird der
Signalbegriff wie bei den voranstehend genannten Systemen durch das entsprechende
Schalten von Relaiskontakten gebildet und in der EURO-Balise gelesen, in ein Telegramm
umgesetzt und anschliessend auf die Lokomotive oder das Steuerfahrzeug übertragen.
Die für diesen Vorgang erforderliche elektrische Energie wird dabei mittels eines
von der Lokomotive oder von dem Steuerfahrzeug abgestrahlten hochfrequenten Magnetfeldes
bereitgestellt. Dieses in Form einer Abstrahlkeule emittierte HF-Feld hat dabei nach
ETCS-Vorgabe eine Frequenz von 27 MHz.
[0007] Bei der Umrüstung der Zugbeeinflussungssysteme auf das System ETCS ist es daher erforderlich,
die "alten" SIGNUM-Spulen aus dem Gleisbett zu entfernen und gegen die EURO-Balisen
auszutauschen. Um die hierzu erforderlichen Kosten an jedem Lichtsignal im Rahmen
zu halten, ist es daher wünschenswert, die übrige Installation und Beschaltung des
Lichtsignals oder allgemein des Zugbeeinflussungsgeräts weitgehend unverändert lassen
zu können.
[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben,
die einen Umstieg der Zugbeeinflussung auf das System ETCS an Zugbeeinflussungsgeräten,
die in der Regel heute noch Lichtsignale sind, kostengünstig ermöglicht.
[0009] Diese Aufgabe wird einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss
dadurch gelöst, dass in einer Schleife, in der die elektrische Schaltung und die Übertragungseinheit
angeordnet sind, Mittel vorgesehen sind, mittels derer Spannungsimpulse in periodischer
Folge über den Kontakten der elektrischen Schaltung anlegbar sind.
[0010] Auf diese Weise ist es möglich, die gesamte Beschaltung für die Begriffbildung des
Zustandssignals weitgehend unverändert lassen zu können, weil aufgrund der von der
Vorrichtung erzeugten Spannungsimpulse über der Schleife sichergestellt ist, dass
die Kontakte, die zur Begriffsbildung geschaltet worden sind, niederohmig im Vergleich
zu Last sind. Weil die Spannungsimpulse nur in periodischer Abfolge angelegt werden,
ist auch die hierzu erforderliche Menge an elektrischer Energie über den Takt der
Pulsung in weiten Grenzen einstellbar, was bei einer entsprechend gewählten Pulsung
zu einer gewünscht niedrigen elektrischen Leistungsaufnahme führt.
[0011] Als bevorzugtes Verkehrsbeeinflussungsgerät ist hier ein Lichtsignal geeignet, das
ein Schienenfahrzeug steuert.
[0012] Mit Hinblick auf den Einbau der EURO-Balisen im Gleisbett ist es besonders zweckmässig,
die Übertragungseinheit in einem in einem Gleisbett angeordneten Zugbeeinflussungsmodul
zu integrieren.
[0013] Mit dem Wegfall des von der Lokomotive mittels des Permanentmagnets induzierten Spannungsimpulses
sieht es eine bevorzugte Ausführung der Erfindung vor, die zum Aufbau der Spannungsimpulse
erforderliche elektrische Energie aus einem Versorgungskreis des Verkehrbeeinflussungsgeräts
und/oder einer Batterie zu entnehmen. Besonders zweckmässig ist es dabei, die elektrische
Energie aus mindestens einem Lichtstromkreis des Verkehrsbeeinflussungsgeräts zu entnehmen.
[0014] Dabei ist jedoch besonders sensibel vorzugehen, weil der Lichtkreis selbst aus sicherheitstechnischen
Aspekte nur eine sehr geringe Leistungsentnahme zulässt, die daher nur in einem Bereich
liegen darf, der als vernächlassigbar gegen die Leistungsaufnahme des Leuchtmittels
im Lichtsignal angesehen werden kann. Beispielhaft liegt die Spannung im Lichtstromkreis
während der hellen Tagstunden bei etwa 35 V und wird zur Nacht auf etwa 28 V zur Vermeidung
von Blendungen abgesenkt. Entsprechend verringert sich der im Nachtbetrieb fliessende
Leuchtmittelstrom von etwa 475 mA auf etwa 370 mA. Eine aus sicherheitsaspekten unproblematische
einprozentige Leistungsentnahme liefert daher nur eine elektrische Leistung von etwa
166 mW bzw. etwa 104 mW.
[0015] Um das Vorliegen dieser wenn auch nur geringen Leistungsausbeute kontinuierlich sicherstellen
zu können, ist es vorgesehen, an mehreren Lichtstromkreisen des Signals einen Spannungsabgriff
zu installieren und alle Spannungsabgriffe jeweils einem Spannungswandler zuzuführen
und nachfolgend aufzuaddieren. Ein häufig mit vier Leuchtmitteln bestücktes Signal
(Grünes Licht für "Fahrt", gelbes Licht für "Warnung", rotes Licht für "Halt" und
ein zweites Rotlicht für den "Nothalt" bei Ausfall des roten Leuchtmittels) ermöglicht
so zumindest immer den Spannungsabgriff an einem Lichtstromkreis.
[0016] Um die zur Verfügung stehende elektrische Leistung besonders effizient zu nutzen
und gleichzeitig die Beaufschlagen der Schleife mit periodischen Spannungsimpuls sicherzustellen,
kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die zeitliche Abfolge der Spannungsimpulse
in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie einstellbar ist.
[0017] Dabei ist es aufgrund sicherheitstechnischer Überlegungen besonders vorteilhaft,
wenn die Verwendung der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie zugunsten der
Übertragung des Signalzustandes auf das Fahrzeug und zuungunsten des Aufbaus von den
Spannungsimpulsen wählbar ist, sofern die Energieversorgung kritisch werden sollte.
[0018] Eine weitere Energieeinsparung bei der Übertragung des Zustandsignals ergibt sich,
wenn die Übertragungseinheit nur das Zustandssignal über eine einfache Schnittstelle,
wie z.B. eine 2v5-Schnittstelle, an die Eurobalise überträgt, welche die an die Lokomotive
oder das Steuerfahrzeug zu übertragenden Daten enthält. Damit werden die zu übertragenden
Daten nicht - wie von ETCS gewünscht - über eine sogenannte Schnittstelle "C" übertragen,
welche etwa 1,5 Watt Übertragungsleistung benötigt.
[0019] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen
zu entnehmen.
[0020] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Dabei zeigen:
- Figur 1
- ein Blockdiagramm des Aufbaus einer Vorrichtung zur Übertragung eines Zustandssignals
eines Lichtsignals auf eine Lokomotive nach einem an SIGNUM angepassten ETCS; und
- Figur 2
- ein Blockdiagramm des Aufbaus der Vorrichtung gemäss Figur 1 mit Mischbetrieb.
[0021] Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm des Aufbaus einer Vorrichtung zur Übertragung eines
Zustandssignals ZS auf eine Lokomotive L. Die Aufgabe der Vorrichtung besteht darin,
den Zustand eines Signals S, d.h. die Einstellung des Signals S, besonders betriebssicher
und unter Beibehaltung heute üblicher Signalbeschaltungen an die Lokomotive L zu übertragen.
Zur Bereitstellung des Zustandssignal ZS dient eine Relaisschaltung RS, an der Signaleinstellungen
K1a, K1b, K2a und K2b geschaltet werden können. Mittels dieser Relaisschaltung RS
sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Signalbegriffe, wie "Fahrt", "Warnung" und
"Halt", in elektrisch in einem Komparator K vergleichbare und damit für die weitere
logische Umsetzung erfassbare Daten wandelbar.
[0022] Am Ausgang des Komparators K liegt daher ein Datum D an, das in einem nachfolgend
angeordneten Decoder DCD in ein Sendetelegramm ST umgesetzt und an eine Übertragunseinheit
TU übermittelt wird. Die Übertragungseinheit TU ist dabei in eine als Übertragungsmodul
dienende EURO-Balise EB integriert. Von der EURO-Balise EB wird das eigentliche Zustandssignal
ZS des Lichtsignals S auf Anforderung der Lokomotive L durch das permanente lokseitige
Abstrahlen einer 27 MHz-HF-Abstrahlkeule berührungslos an die Lokomotive L übermittelt.
[0023] Die für die logische Bearbeitung der Signaleinstellungen K1a, K1b, K2a und K2b erforderliche
elektrische Leistung wird einer Gleichspannungsversorgung, nachfolgend als Logikspeisung
LDC benannt, entnommen. Diese elektrische Leistung der Logikspeisung LDC entstammt
nicht der 27 MHz-HF-Abstrahlkeule der Lokomotive L, sondern wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus allen Lichtstromkreisen SK des Lichtsignals S entnommen. Hierzu erfolgt an jedem
Lichtstromkreis SK ein hochohmiger und daher signaltechnisch sicherer Spannungsabgriff
AAC, was jedoch in der Figur 1 nur für einen Lichtstromkreis LS dargestellt ist. Die
abgegriffene Spannung wird nachfolgend in einem Filter F gefiltert, anschliessend
in einem Gleichrichter G gleichgerichtet und einem Ladekondensator C zugeführt. Es
sei angemerkt, dass auch der Spannungsabgriff AAC nur an einem oder auch mehreren,
aber nicht allen Lichtstromkreisen SK vorgesehen sein kann. Der Vorteil des Spannungsabgriffs
AAC an allen Lichtstromkreisen SK besteht einfach in der Tatsache, dass mindestens
ein Lichtstromkreis SK des Lichtsignals Spannung aufweist und folglich immer eine
kontinuierliche Leistungsentnahme ermöglicht ist.
[0024] In der gezeigten Darstellung wird die so erhaltene Gleichspannung über einen Spannungsvervielfacher
UVV an einen Spannungsimpulsgeber UP weitergeleitet, welcher hierdurch in Lage versetzt
ist, die Relaisschaltung RS mit einem periodisch wiederkehrenden Spannungsimpuls SP
zu beaufschlagen. Auf diese Weise ist es sichergestellt, dass die Kontakte der Relaisschaltung
RS jederzeit niederohmig im Vergleich zur Last und damit gut leitend sind. Dieser
Spannungsimpuls SP kann beispielsweise im Abstand vom 1 bis 30 Minuten abgegeben werden.
[0025] Die Häufigkeit der Abgabe des Spannungsimpulses SP hängt im vorliegenden Ausführungsbeispiel
von dem Ladezustand eines Energiespeichers ES für die Logikspeisung LDC ab. Stellt
dabei eine Ladekontrolle LK für den Energiespeicher ES einen unzureichenden Ladezustand
fest, wird die Spannungsversorgung zum Spannungsvervielfacher UVV unterbrochen und
stattdessen der Ladekontrolle LK und dem Energiespeicher ES zugeführt. Analog zu dieser
Konstellation wird auch von einem Umschalter US von der Beaufschlagung mit Spannungsimpulsen
SP auf die Logikspeisung LDC umgeschaltet, wenn die EURO-Balise EB von der HF-Abstrahlkeule
der Lokomotive L erfasst wird und somit an die Logik in Form eines "Attention-Signal"
den Befehl sendet, nun unmittelbar den aktuellen Signalzustand SZ an die Lokomotive
L übertragen zu müssen.
[0026] Hervorzuheben an dieser Vorrichtung ist daher die Tatsache, dass die Umstellung der
Zugbeeinflussung von einem alten System, wie SIGNUM und/oder ZUB 121, auf das neue
System ETCS gelingt ohne die eigentliche Signalbeschaltung und im besonderen die in
der Relaisschaltung RS verkörperte Logik austauschen zu müssen. Einzigallein die zusätzlichen
Vorkehrungen zur periodischen Generierung der Spannungsimpuls und damit zum korrekten
Darstellen des Signalzustandes sind vorzunehmen.
[0027] Dabei wäre eine Energieversorgung alternativ zu dem hier beschriebenen Spannungsabgriff
AAC an den Lichtstromkreisen LS auch durch eine Batterie ggfs. gekoppelt mit einer
Solarzelle möglich, was den Aufbau noch weiter vereinfachen würde, jedoch einen zusätzlichen
Service- und Überwachungsaufwand für die sichere Funktion von Batterie und ggfs. Solarzelle
nach sich ziehen würde.
[0028] Letztlich entscheidend ist der Ersatz des durch einen von einer bewegten Lokomotive
L mittels Permanentmagnet induzierten Spannungsimpulses zur Frittung von stromlos
geschalteten Kontakten zur Erreichung von deren Niederohmigkeit durch die erfindungsgemäss
realisierte periodische Spannungsimpulsabgabe, die unabhängig von der Lokomotive L
und beispielsweise durch eine periodische Entladung eines Kondensators generiert ist.
Dies gewährleistet sogar, dass die Kontakte weiter niederohmig gehalten werden, wenn
die Lokomotive L vor dem Lichtsignal S anhalten muss und beispielsweise längere Zeit
über der EURO-Balise EB steht. Selbst der bei einer nachfolgenden Streckenfreigabe
auf freie Fahrt umgeschaltete Kontakt in der Relaisschaltung RS wird durch die periodische
Spannungsimpulsabgabe niederohmig. Ein geringfügig längeres Verbleiben des Lokomotive
L vor dem Lichtsignal S bis zum nächsten Spannungsdurchschlag an einem ggfs. hochohmigeren
Kontakt ist ohne Sicherheitsrisiko verkraftbar.
[0029] Figur 2 zeigt in Ergänzung zu Figur 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäss
Figur 1, die ergänzend zu Figur 1 zum Mischbetrieb von altem System SIGNUM und neuem
System ETCS ertüchtigt ist. Für gleiche Bauteile wurden wieder die gleichen Bezugszeichen
verwendet.
[0030] Kernpunkt des Systems SIGNUM sind zwei Spulenpaare S1a, S1b und S2a, S2b. Dabei sind
die Spulen S1a und S2a gleisseitig und die Spulen S1b und S2b lokseitig installiert.
Der Signalzustand LS wird nun auf zweierlei Weise auf die Lokomotive LK übertragen.
Gemäss System SIGNUM induziert die als Permanentmagnet ausgebildete Spule S1b einen
Spannungsimpuls in der Spule S1a, wobei deren Ausgang mit dem aktuellen Signalbegriff
relaismässig beschaltet ist. Der mit der Signalinformation codierte Spannungsimpuls
wird nun an den Eingang der Spule S2a gelegt, die wiederum einen mit der Signalinformation
versehenen Impuls in die lokseitige Spule S2b zurück induziert.
[0031] Zugleich wird mittels eines Oszillators OZ getriggert der mit der Signalinformation
versehene Impuls über eine galvanische Trennung GT und einen Überspannungsschutz P
in die ETCS-Umgebung eingespeist. Mittels Vergleich in einem gegenüber Figur 1 geringfügig
modifizierten Komparator K' wird die Signalinformation gemäss eingespeistem Spannungsimpuls
für das ETCS-Sendetelegramm ST aufbereitet.
[0032] Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist eine Beaufschlagung des in der Relaisschaltung
RS aktuell geschalteten Kontakts mit den Spannungsimpulsen SP ermöglicht, weil der
Spannungsimpulsgeber UP die periodisch erzeugten Pulse über den Überspannungsschutz
P und die galvanische Trennung GT in die Relaisschaltung RS einkoppelt. Auf diese
Weise kommt es in regelmässigen Abständen zu einem "Freibrennen" eines ggfs. zu hochohmigen
Kontakts an der Stelle, an der der aktuelle Signalbegriff in eine elektrische Schaltung
umgesetzt wird.
[0033] Ergänzend sei abschliessend angemerkt, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung in
beliebigen anders ausgestalteten Verkehrsbeeinflussungsgeräten, wie z.B. Ampeln für
Strassenbahnen, zur Steuerung selbst sogar von Strassenverkehrsfahrzeugen eingesetzt
werden kann.
[0034] Liste der verwendeten Bezugszeichen
- AAC
- Spannungsabgriff
- C
- Ladekondensator
- D
- Datum
- DCD
- Decoder
- EB
- EURO-Balise
- ES
- Energiespeicher
- F
- Filter
- G
- Gleichrichter
- GT
- Galvanische Trennung
- K, K'
- Komparator
- L
- Lokomotive
- LDC
- Logikspeisung
- LK
- Ladekontrolle
- LS
- Lampenstromkreis
- OZ
- Oszillator
- P
- Überspannungsschutz
- RS
- Relaisschaltung
- S
- Signal
- SP, SP'
- Spannungsimpuls
- ST
- Sendetelegramm
- S1a, S1b
- erstes Spulenpaar
- S2a, S2b
- zweites Spulenpaar
- TU
- Übertragungseinheit
- UP
- Spannungsimpulsgeber
- US
- Umschalter
- UVV
- Spannungsvervielfacher
- ZS
- Zustandssignal
1. Vorrichtung zum Übertragen eines Zustandssignals (ZS) eines Verkehrsbeeinflussungsgeräts
(S) auf ein Fahrzeug (L), bei der das Zustandssignal (ZS) des Verkehrsbeeinflussungsgeräts
(S) durch eine Schaltung (RS) einstellbar ist und mittels einer Übertragungseinheit
(TU) auf das Fahrzeug (L) übertragbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einer Schleife, in der die Schaltung (RS) und die Übertragungseinheit (TU) angeordnet
sind, Mittel (UVV, UP) vorgesehen sind, mittels derer Spannungsimpulse (SP) in periodischer
Folge über den Kontakten der Schaltung (RS) anlegbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verkehrbeeinflussungsgerät ein Lichtsignal (S) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fahrzeug ein Schienenfahrzeug (L) ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Übertragungseinheit (TU) in einem in einem Gleisbett angeordneten Zugbeeinflussungsmodul
(EB) integriert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zum Aufbau der Spannungsimpulse (SP) erforderliche elektrische Energie aus einem
Versorgungskreis des Verkehrbeeinflussungsgeräts (S) und/oder einer Batterie entnehmbar
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Energie aus mindestens einem Lichtkreis (LS) des Verkehrsbeeinflussungsgeräts
(S) entnehmbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
an jedem Lichtkreis (LS) ein Spannungsabgriff (AAC) vorgesehen ist und alle Spannungsabgriffe
(AAC) jeweils einem Spannungswandler zuführbar und nachfolgend aufaddierbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine zeitliche Abfolge der Spannungsimpulse (SP) in Abhängigkeit von der zur Verfügung
stehenden elektrischen Energie einstellbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verwendung der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie zugunsten der Übertragung
des Zustandssignal (ZS) auf das Fahrzeug (L) und zuungunsten des Aufbaus von den Spannungsimpulsen
(SP) wählbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Übertragungseinheit (TU) das Zustandssignal (ZS) über eine 2v5-Schnittstelle überträgt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
drei unterschiedliche Zustandssignale (ZS) vorgesehen sind.