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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE SIGNALISATION ET NOTAMMENT A LA REPETITION DES SIGNAUX SUR LES LOCOMOTIVES
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux systèmes de signalisation tels que ceux dans lesquels on doit in -diquer à un mobile son passage par une position déterminée et éventuellement l'état dans lequel se trouve au moment de ce passage un organe placé en cette position.
L'invention est particulièrement mais non exclusivement ap -plicable à la répétition des signaux sur les chemins de fer et notamment sur les locomotives.
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Les systèmes de répétition des signaux sur les locomotives doivent être agencés de manière que lorsque la locomotive passe un signal en position de voie occupée une action positive est produite sur un mécanisme porté par la locomotive. Cette action ne doit pas se produire si le signal est en position de voie libre.
La présente invention concerne entre autres un système de répétition des signaux fonctionnant en plusieurs temps, par exemple en deux temps, ce qui donne une sécurité beaucoup plus grande que les systèmes actuels. Un premier dispositif fixe placé sur la voie sert à indiquer sur la locomotive le passage d'un signal. Le mécanisme porté par la locomotive est mis en action pour indiquer "signal fermé" dans un court délai. Mais aussitôt, la locomotive rencontre un autre dispositif commandé par le signal : si le signal est en position "voie occupée", aucune action nouvelle ne se produit sur le récepteur de la locomotive : mécanisme déclenche les appareils avertisseurs et éventuellement les freins sont appliqués pour arrêter le train.
Au contraire, si le signal est en position "voie libre* une seconde action se produit sur le récepteur pour annuler la première et les appareils d'alarme n'entrent pas en jeu.
Le dispositif destiné à donner l'indication du passage d'un signal peut facilement être constitué par une pièce inerte,puisqu'el -le n'a qu'une fonction à accomplir, et d'un grand développement pour que l'action sur l'appareil récepteur porté par la locomotive dure aussi longtemps qu'il est nécessaire pour assurer d'une manière absolue le fonctionnement, quelle que soit la vitesse du train.
Le second dispositif qui produit ou ne produit pas l'annula -tion de la première action suivant que le signal est ouvert ou fermé peut être constitué par un appareil du genre de ceux qui sont actuellement utilisés :crocodile ou électro inducteur.
Il est à remarquer que ces appareils, même imparfaits,utilisès dans ces conditions ne créent aucun danger. En effet, lorsqu'ils sont employés seuls, ils doivent produire une action positive pour faire fonctionner l'appareil récepteur de la locomotive lorsque le
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signal est fermé ; encas de défaillance, aucune indication n'appa- rait sur la locomotive et le train peut alors s'engager sur une voie occupée, d'oÙ catastrophe possible.
Au contraire, lorsqu'ils sont placés après le premier dispositif indiquant à coup sûr le passage d'un signal, ils doivent produire une action positive si le signal est en position "voie libre". En cas de défaillance, si cette action ne se produit pas,les signaux d'alarme fonctionnent sur la locomotive,et le train s'arrête, bien que la voie soit libre; ce n'est pas grave, il n'en résulte qu'un retard.
Par conséquent un système de répétition susceptible d'un faible pourcentage de non fonctionnement n'est pas à rejeter pour le second dispositif, puisque un des buts de la présente invention est précisément d'ajouter un dispositif de répétition inerte dans le but de rendre sans danger les défaillances de l'appareillage à indioation commandée par le signal.
Plusieurs systèmes peuvent être utilisés pour donner à coup sûr l'indication de passage d'un signal. Par exemple :
1 ) Remplacement d'une portion de rail ordinaire en acier par un rail en acier non magnétique, tel que l'acier au manganèse.
2 ) Adjonction le long 'd'un rail d'une pièce en acier crenelée dans le sens de la longueur du rail.
3 ) Adjonction le long d'un rail d'une pièce de fer en long,telle qu'un morceau de rail.
Les figures 1, 2 et 3 montrent,respectivement les schémas des dispositifs correspondant à ces trois systèmes.
Les figures 4 et 5 représentent des dispositifs utilisant des thyratrons pour l'indication du passage d'un signal.
Dans la figure 1, 1 est le rail, au-dessus duquel à une petite distance est placé un électro aimant 2 porté par une partie non suspendue de la locomotive.
L'électro a trois bobinages correspondant aux trois parties du noyau : la culasse 3 en forme d'U renversé est à forte section de
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telle sorte qu'elle travaille loin de la saturation et ait par sui -te une reluctance faible. Elle porte un premier bobinage. Les deux extrémités de cette culasse sont munies de pôles saillants 4 et 5 entre lesquelles est placée une bobine détectrice 6 dont le rôle se -ra expliqué plus loin; des entrefers sont prévus entre les pôles saillants 4 et 5 et le noyau 6.
La culasse porte à ses deux extrémités des noyaux de faible section 7 et 8 munis chacun d'un bobinage. Les noyaux 7 et 8 sont de faible section afin qu'ils travaillent au voisinage de la saturation.
Ils sont munis de grands épanouissements polaires 9 et 10 placés en face de la table du rail, à une faible distance.
Les épanouissements 9 et 10 sont longs et larges pour que la raluctance de l'entrefer entre eux et le rail soit faible et qu'elle ne change pas d'une manière importante lorsque l'entrefer varie par l'usure des bandages de la locomotive, le passage d'une courbe, le passage d'un croisement ou d'un aiguillage.
La bobine 3 ainsi que les bobines 7 et 8 en série sont directement alimentées par un petit alternateur 11 débitant un courant de fréquence quelconque, de l'ordre 03 50 à 100.
Le nombre des tours des bobines est déterminé de telle fa- çon que jusqu'à, une certaine valeur de l'entrefer, considérée comme maximum possible, les noyaux 7 et 8 soient au voisinage de la satura -tion et que par suite le flux total à travers la culasse 3 ne subisse que de faibles changements pour des variations importantes de 1' entrefer jusqu'à la limite maximum. D'autre part le rapport du nombre des tours des trois bobines est déterminé de telle façon qu'il n'y ait entre les pièces polaires 4 et 5 qu'un champ très faible, toujours bien entendu entre les limites possibles de l'entrefer.
Dais les conditions normales par conséquent, lorsque l'éleo -tro est en face d'un rail ordinaire le noyau 6 n'est que faiblement magnétisé et la force électromotrice induite dans la bobine portée par ce noyau est faible.
Lorsque la locomotive arrive sur un rail non magnétique
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placé en face ou en avant d'un signal, le flux des pièces polaires 9 et 10 se ferme dans l'air et il n'y a plus compensation entre les bobines 3 et 7-8, et un champ magnétique alternatif important s'éta -blit entre les pôles 4 et 5. Il en résulte qu'une force éleotromotrice alternative apparaît dans l'enroulement 6. Cette force électromotrice peut être d'une valeur quelconque appropriée, o'est une ques -tion de nombre de tours sur les bobines 3 et 7 et 8. C'est ce courant induit que l'on utilisera pour la signalisation.
Il y a lieu tout d'abord de remarquer qu'au passage des aiguilles, des croisements, là oû les rails sont interrompus il pourra arriver, malgré les larges dimensions des pièces polaires, qu'un flux momentané s'établisse dans le noyau 6 et qu'il y ait une impulsion de force électromotrice dans la bobine. Pour éviter un fonctionnement intempestif du système détecteur il est donc désirable d'utiliser le oourant induit avec un certain retard, de telle façon que l'action ne se produise qu'après un certain nombre de période du courant induit.
Dans ce but la bobine 6 est reliée à un redresseur genre cuproxyde 12 et le courant redressé sert à charger à travers une résis -tance 13 un condensateur shunté 14,
Un courant fugitif ne produira qu'une charge insignifiante du condensateur qui se déchargera ensuite par son shunt dans un court délai.
Un courant prolongé dû au passage de l'appareil sur un rail non magnétique produira une charge progressive du condensateur. C'est la différence de potentiel aux bornes du condensateur qui sera utili -sée pour produire le fonctionnement de l'appareil avertisseur par l'intermédiaire par exemple d'un thyratron 15 alimenté d'autre part par du oourant continu. Le thyratron étant amoroé,le oourant est uti -lisé pour mettre en action dans un certain délai le signal d'alarme, si une seconde action ne vient pas annuler ce premier effet ainsi qu'il sera décrit plus loin.
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La Figure 2 montre schématiquement un autre dispositif donnant le même résultat.
Au voisinage d'un signal, un des rails 16 est muni d'une pièce en acier ou en fonte 17 fixée sur le rail d'une manière rigoureusement stable et solide au moyen de pièces appropriées boulonnées. Cette pièce forme un inducteur denté en face duquel passe un électro aimant porté par la locomotive. Cet électro, monté en 18 est excité par le courant continu. Son circuit magnétique aboutit d'un côté au rail soit par la masse et les roues de la locomotive soit par une pièce polaire 19 portée au-dessus du rail, à une petite distance; l'autre extrémité de son noyau est munie d'une pièce polai -re 20 venant en regard et à une petite distance des dents plates de l'inducteur 17. L'excitation de l'électro 18 se fait à travers une forte bobine de self-induction 21.
Lorsque l'électro arrive en face de l'inducteur 17,il se produit au passage des dents une variation de reluctance, d'oû variation de flux puisque le courant continu ne peut varier notablement à cause de la présence de la bobine de self 21.. L'enroulement de 18 est donc le siège d'une force électromotrice induite qui est utilisée dans un transformateur 22 relié aux bornes de 18 à. travers un condensateur 23. Le courant induit' dans le secondaire de ce trans -formateur est redressé en 24 et charge progressivement un condensateur shunté 25 à travers une résistance 26. Après le passage de quelques dents, la différence de potentiel aux bornes du condensateur est suffisante pour actionner un thyratron 27 utilisé dans le circuit d'alarme.
Ce dispositif d'utilisation du courant induit est le même que dans le cas de l'emploi d'un rail non magnétique.
Etant donné la solidité de l'appareil de voie qui fait corps avec le rail, ce système offre la même sécurité que le rail non magnétique.
Ce second système ne fonctionnerait que pour une vitesse du train supérieure à un minimum, d'ailleurs assez faible.
Le système suivant, montré sur la figure 3 est de même que
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le premier, entièrement indépendant de la vitesse.
La locomotive porte un éleotro 28 dont l'un des pôles est relié à un patin 29 porté par la partie non suspendue de la locomotive à une faible distance d'un des rails normaux 30. L'autre pôle de l'électro 31 se projette en dehors de la voie à une certaine distance et au-dessus des rails.
L'électro est excité par un courant alternatif à une fréquenoe de l'ordre de 100 à travers une bobine de self 32.
La différence de potentiel alternative aux bornes de l'enroulement de l'électro 28 dépend donc de la valeur de la self de cet enroulement, et par suite de la réluctance du circuit magnétique.
Normalement la pièce polaire 31 n'étant pas au voisinage d'une pièce telle que 33, la valeur de la self est bien déterminée et elle varie peu, même lorsque l'électro passe au-dessus d'un croisement, car sa hauteur au-dessus des rails est aussi grande que possible.
Aux points de signalisation une grosse et longue pièce de fer telle qu'un vieux rail 33 est placée de telle sorte qu'elle soit aussi près que possible de la pièce 31. Le fer 33 est relié au rail 30 par de solides supports en fer 34 de façon à fermer le circuit ma -gnétique de l'électro 28. Il en résulte que la self induction de 28 augmente au passage de l''électro 28 devant la pièce 33.
C'est la variation de la différence de potentiel aux bornes de 28 qui est utilisée pour indiquer le passage du signal.
Le primaire d'un transformateur 35 est relié aux bornes de 28; le courant secondaire est redressé par un redresseur d'un type quelconque tel qu'un ouproxyde 36. La différence de potentiel oonti- nue qui est ainsi produite est fonction directe de la self de 28.
C'est cette différence de potentiel qui sera utilisée pour commander la grille d'un thyratron 40. Mais pour que le système fonctionne avec sécurité et ait une grande sensibilité, il est désirable d'utiliser une action différentielle, et de créer un certain retard dans le fonctionnement.
Dans ce but un second transformateur 37 a son primaire relié
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directement à la génératrice de courant alternatif 38. Le courant secondaire est redressé par un redresseur 39 et la tension produite est opposée à celle produite par le premier transformateur 35 avec son redresseur 36.
Le redresseur 39 tend à polariser négativement la grille dt un thyratron 40 et par suite il empêche son amorçage. Le redresseur 36 tend au contraire à la polariser positivement pour amorcer le thyratron.
Tant que la tension produite par le redresseur 36 ne dépasse pas d'une valeur déterminée, celle produite par le redresseur 39,le thyratron ne s'amorce pas, quelles que soient la tension et la fréquence du courant alternatif. Lorsque la self induction de l'électro 28 augmente au-dessus d'une valeur déterminée, la tension produite par le redresseur 36;devient prépondérante et le thyratron s'amorce.
Les rapports des nombres de tours des transformateurs 35 et 37 sont déterminés pour que normalement -la tension produite par le redresseur 39 soit prépondérante, de telle sorte qu'une fai ble varia -tion de reluctance de l'électro 28 ne soit pas suffisante pour amorcer le thyratron. En outre l'action de l'électro 28 est retardée: le redresseur 36 charge un condensateur shunté 41 à travers une grande résistance 42. Il en résulte qu'une action de très courte durée telle que celle produite par le passage de l'éleotro au-dessus d'un aiguillage n'est pas suffisante pour augmenter suffisamment la différence de potentiel aux bornes du condensateur. Mais lorsque l'électro passe au-dessus de la pièce de fer de signalisation,le condensateur est chargé pendant plusieurs périodes et il déclenche le thyratron 40.
Le courant qui traverse le thyratron est utilisé comme dans les systèmes précédents pour produire le signal d'alarme retardé.
Il reste maintenant à décrire les systèmes destinés à annuler le fonctionnement du signal d'alarme lorsque le signal rencontré est en position "voie libre".
Tous les systèmes qui sont actuellement usités pour la répé -tition des signaux de "voie occupée" peuvent être utilisés en ren-
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versant leur fonctionnement, c'est-à-dire en leur faisant produire une action positive lorsque le signal est à l'ouverture. En particulier le "orooodile" bien connu convient très bien : sa probabilité de non fonctionnement, par exemple en cas de givre, n'est pas négligeable et il ne peut être employé avec sécurité lorsqu'il sert à répéter les signaux en position "voie occupée". Mais utilisé dans les conditions de la présente invention, un mauvais contact aura pour ef -fet de produire un signal d'alarme et un arrêt du train intempestifs ,dont la conséquence ne sera qu'un retard peu important.
Deux dispositifs utilisant des thyratrons comme pour l'indioation de passage des signaux sont décrits ci-après et montrés schématiquement aux figures 4 et 5, Ils sont placés un peu après la pièce fixe servant à déclencher l'appareil d'alarma.
L'appareil de voie montré sur la figure 4 comporte deux élec -tros 43 et 44 à noyaux verticaux munis de larges épanouissements polaires et fixés à une certaine distance l'un de l'autre sur le rail normal. Ces deux électros ont leurs bobinages reliés ensemble par 1' intermédiaire d'un contact 45 sous la dépendance du signal.
Lorsque le signal est en position de voie fermée, le contact 45 est ouvert et les deux éleotros sont indépendants. Lorsque la voie est libre, le contact est fermé et les deux électros sont reliés in- ductivement. Si l'électro 43 est soumis à une influenoe magnétique, un courant est induit dans son enroulement et ce courant se fermant à travers le bobinage de l'électro 44 celui-ci se trouve aimanté pen -dant la variation de l'aimentation de l'électro 43.
L'appareil récepteur comporte un électro aimant inducteur 46 excité par le courant continu et un électro aimant détecteur 47 tous deux munis de larges épanouissements polaires. Ils sont montés sur la locomotive aveo le même écartement que l'appareil de voie et disposés de façon qu'ils arrivent simultanément en regard des électros correspondants delà voie, leurs faces polaires étant à une petite distance.
L'électro détecteur 47 passe le premier en regard des deux
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électros fixes successifs. Le premier, 43, est à l'état neutre et rien ne se produit. Lorsque l'électro 47 arrive en face de l'électro 44, l'électro 46 arrive en face de l'électro 43, qui se trouve aiman -té brusquement puisque l'électro 46 est toujours excité. Il en résulte qu'une force électromotrice est engendrée dans l'enroulement 43.
Si le signal indique voie fermée, le contact 45 est ouvert et par suite aucun courant n'arrive à l'électro 44, par suite l'élec- tro détecteur 47 ne reçoit aucune action. Le signal d'alarme de la locomotive déclenché par le dispositif précédent fonctionne.
Si le signal est en position voie libre, le contact 45 est fermé. Le courant induit dans la bobine 43 arrive à l'électro 44 qui se trouve excité. Il en résulte une influence sur l'électro 47 et une force électromotrice induite dans l'enroulement 47. Cette force éleetromotrice est utilisée dans un thyratron 48 inclus dans un circuit approprié pour annuler le signal d'alarme prêt à se déclencher.
Le fonctionnement du système ci-dessus exige un minimum de vitesse du train alors que celui du système montré sur la figure 5 est indépendant de la vitesse.
Dans la figure 5, un électro 49 qui peut être le même que 1' éleotro 28 de la figure 3 est porté par la locomotive et excité par une source de courant alternatif. Son épanouissement polaire 50 passe au-dessus d'une longue pièce polaire 51 portée par un électro 52 dont le noyau est relié d'une part au rail 53.
La longueur de la pièce polaire 51 est telle que l'épanouissement 50 de l'électro reste au-dessus d'elle pendant au moins une demi-période. Si la fréquence du courant est de 100,et la vitesse maximum des trains de 140 kilomètres à l'heure, soit environ 40 mètres à la seconde, il suffit que la pièce polaire ait 30 à 40 centimètres pour que l'épanouissement polaire passe au-dessus d'elle pendant une demi période pleine.
Une différence de potentiel se trouve donc induite dans l'en -roulement de l'électro 52 lors du passage de l'éleotro 48 au-dessus
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de la pièce polaire.
Sur la voie se trouve un électro 54 ayant deux pièces polaires ; l'enroulement de cet électro est relié à l'enroulement de l'éleotro 52 à travers un contact 55 ouvert lorsque le signal est en position voie occupée et fermé lorsque la voie est libre.
La locomotive porte un électro à deux branches 56 qui passe au-dessus de l'électro 54 en même temps que l'électro 49 passe audessus de la pièce polaire 51.
Si le contact 55 est ouvert, rien ne se passe dans l'enrou -lement de l'éleotro 56 et le signal d'alarme déclenché n'est pas annulé.
Si le signal est sur voie libre,le contact 55 est fermé.Le oourant induit dans 1'électro 52 excite l'éleotro 54 et par suite un courant est induit dans l'enroulement 56. Le courant redressé par le redresseur 57 amorce un second thyratron 58 qui est utilisé pour annuler l'action produite par le signal de passage.
Les dispositifs de l'invention s'appliquent particulièrement bien dans le cas où l'on doit rapidement pouvoir placer sur la voie un signal qui devra être répété sur la locomotive comme par exer -ple dans le cas 'où une équipe d'ouvriers travaille sur la voie ; il suffit alors de placer comme signal en avant de cette équipe un mor -ceau de rail auxiliaire dans la position du rail 51 de la figure 5 par exemple.
Des variantes des systèmes décrits ci-dessus peuvent être employés sans sortir du domaine de la présente invention. Ainsi en particulier les thyratrons constituent un moyen commode mais nullement indispensable de déceler les actions inductives des éleotros de la locomotive; ils peuvent être remplacés par d'autres dispositifs tels que des relais.
De même par "action inductive" on doit entendre toute action susceptible d'être perçue à distance; l'organe sensible à cette "aotion induetive" est un organe pouvant mettre en évidence un champ,
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qui d'ailleurs peut être d'une nature quelconque, ou une variation de ce champ.