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Selbsttätiger Block mit Wechselstrom als Blockstrom Auf mit Wechselstrom
betriebenen Bahnen wählt man im allgemeinen für den zum Betrieb der Gleisstromkreise
erforderlichen Blockstrom eine Frequenz, die von der des Triebstromes abweicht.
Eine Beeinflussung der Gleisrelais durch den Triebstrom wird dabei z. B. dadurch
unmöglich gemacht, daß man die Relais durch Resonanzkreise, Siebketten o. dgl. auf
die Blockfrequenz abstimmt oder in anderer Weise frequenzempfindlich gemachte Relais
verwendet. Man hat auch vielfach Zweiphasenrelais benutzt, deren eine Wicklung -
die Gleiswicklung - über den Gleisstromkreis gespeist wird und deren andere Wicklung
- die Hilfswicklung - von der Stromquelle unmittelbar Strom erhält. Diese Zweiphasenrelais
arbeiten nur dann ordnungsgemäß, wenn ihren beiden Wicklungen Strom gleicher Frequenz
zugeführt wird. Man hat deshalb bei derartigen Anordnungen dafür gesorgt, daß der
Triebstrom keinesfalls in die Hilfswicklung gelangen kann. Man war aber bei letzterer
Anordnung dazu gezwungen, den Abstand der Blockstromfrequenz von der Triebstromfrequenz
genügend groß zu wählen. Denn wenn das Zweiphasenrelais in beide Wicklungen Strom
verschiedener Frequenz bekommt, so wechselt das Drehmoment zwischen positivem und
negatitem Drehsinn im Takte der Interferenzperiodenzahl, und bei kleinen Frequenzunterschieden
vermag der Anker diesem Wechsel des Drehmomentes zu folgen, so daß also das Relais
bei geringem Frequenzunterschied seinen Anker im Takte der Interferenzperiodenzahl
zum Anzug und Abfall bringt. Ist der Frequenzunterschied jedoch größer, so vermag
der Anker infolge seiner Trägheit dem Wechsel des Drehmomentes nicht mehr zu folgen
und verbleibt unter dem Einfluß des Abfallgewichtes in der abgefallenen Lage. Eine
derartige Anordnung bietet daher nur dann
genügend Schutz gegen
Fremdbeeinflussung durch den Triebstrom, wenn der Abstand der Triebstrom- und Blockstromfrequenz
genügend groß ist.
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Die Wahl einer solchen Anordnung bereitet daher dann Schwierigkeiten,
wenn, wie dies häufig der Fall ist, der Triebstrom starke Oberwellen enthält und
außerdem sowohl Triebstrom als auch Blockstrom oder einer von beiden in der Frequenz
stark schwanken. Schwankt dann nämlich z. B. im gleichen Augenblick der Triebstrom
nach oben und der Blockstrom nach unten, so können sich die beiden Frequenzen in
gefährlicher Weise nähern.
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Auch bei Verwendung von Siebketten hat man im allgemeinen bisher den
Frequenzabstand der Block- und Triebstromfrequenz groß gemacht, um mit einfach ausgebildeten
Siebketten und mit geringen Verlusten in diesen Siebketten auszukommen. Ist man
aus den obenerw ähnten Gründen zu einer schärferen Abstimmung gezwungen, so bietet
dies Schwierigkeiten bei Schwankungen der Blockstromfrequenz, und dies wieder insbesondere
bei Verwendung von Zweiphasenrelais, da sich bei diesen auch die Phasenverschiebung
zwischen den Strömen der Gleis- und Hilfswicklung bei auftretenden Frequenzschwankungen
ändert.
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Die Erfindung bezweckt, diese Schwierigkeiten zu beseitigen. Sie ermöglicht
es einerseits, den Abstand zwischen Trieb- und Blockstromfrequenz gering zu halten,
andererseits für den Blockstrom eine Frequenz zu verwenden, die in der Nähe der
Frequenz der Oberwellen des Triebstroms, ja sogar frequenzgleich mit den Oberwellen
des Triebstroms sein kann, ohne daß dadurch eine Gefährdung des Blockrelais durch
Fremdbeeinflussung entsteht.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß vor die Gleiswicklung
des Relais, und zwar zwischen den Schienenanschluß und die Relaiswicklung, ein Widerstand
geschaltet wird, der, wie z. B. die bekannten Eisenwasserstoffwiderstände oder die
Glühlampen, seinen Widerstand mit zunehmender Stromstärke stark vergrößert. Der
Widerstand wird so-bemessen, daß er dem bei freiem. Gleis durch die Gleiswicklung
fließenden Blockstrom nur einen geringen Widerstand bietet, daß er aber stark ansteigt,
sobald der durchfließende Strom das normale Maß überschreitet. Die Erfindung geht
dabei von folgenden Überlegungen aus: i. Wird der durch die Gleiswicklung fließende
Strom durch einen solchen Widerstand in seiner Höhe begrenzt, so wird nicht nur
die Grundwelle in entsprechenden Grenzen gehalten, sondern. -auch die Oberwelle.
Die Stromstärke bzw. Spannung der Oberwelle bewegt sich im allgemeinen in einer
Größenordnung von etwa 3 bis io % der Grundwelle. Wenn nun dafür gesorgt wird, daß
die Grundwelle des Fremdstroms nicht wesentlich höher wird als die zum Anziehen
des Blockrelais erforderliche Stromstärke, so erreicht die Oberwelle bei entsprechender
Bemessung des Blockrelais keinesfalls den Wert, der zum Festhalten bzw. zum Anziehen
des Relaisankers notwendig ist.
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2. Wenn die beiden Relaiswicklungen mit verschiedenen Frequenzen gespeist
werden, z. B. die Hilfswicklung mit der Blockstromfreqenz und die Gleiswicklung
mit der Triebstromfreqenz, so vermag der Anker, -,vie oben erwähnt, im Takte der
Interferenzperiodenzahl anzuziehen und abzufallen. Wird dabei in den beiden Wicklungen
die Energie in normaler Größe gehalten, so kann der Anker nur bei einem sehr geringen
Frequenzunterschied dem Wechsel des Drehmomentes folgen, z. F. bei etwa o,5 Hz bis
i Hz Unterschied. Bei einem größeren Frequenzunterschied vermag er nur dann zu folgen,
wenn die Energiezufuhr wesentlich gesteigert wird; bei einem Relais bekannter Bauart
z. B. ist bei 2 Hz schon die fünffache Energie, bei 3 Hz schon die zehnfache Energie
in der Gleiswicklung notwendig. Man kann daher dadurch, daß man die Stromaufnahme
der Gleiswicklung nicht wesentlich über den normalen Anzugswert steigen läßt, dafür
sorgen, daß das Relais schon bei verhältnismäßig geringen Frequenzunterschieden
anzieht und abfällt. Man macht es also durch diese Begrenzung der Stromaufnahme
frequenzempfindlicher.
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3. Zum Betrieb des Gleisrelais, insbesondere für die Gleiswicklung
eines Zweiphasenrelais, ist nur ein Blockstrom von einer ganz bestimmten Stromstärke,
nämlich in der Höhe der Anzugsstromstärke, notwendig. Es ist durchaus zulässig und
sogar erwünscht, ein Ansteigen. des Blockstroms über die normale Größe hinaus zu
verhindern. Es braucht nur dafür gesorgt werden, daß der notwendige Anzugsstrom
auch im ungünstigen Betriebsfalle, d. h. bei niedrigster Netzspannung und ungünstigsten
Bettungsverhältnissen, zur Gleiswicklung gelangen kann.
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d.. Eine Überlagerung des Blockstroms und Triebstroms in der Gleiswicklung
des Blockrelais und damit in einem vorgeschalteten Widerstand kommt bei freiem Gleis
nur in geringem Maße in Frage, weil dann, insbesondere bei einschienig isolierten
Gleisabschnitten, in Reihe mit der Gleiswicklung und der isolierten Schiene noch
auf der anderen Seite des Isolierabschnittes der bekannte Dämpfwiderstand- sowie
auch die Wicklung des Gleisspeisetransförmators angeordnet ist.
-Man
braucht daher bei freiem Gleis nicht zu befürchten, daß etwa durch den dem Blockstrom
überlagerten Triebstrom eine wesentliche Erwärmung des Eisendrahtwiderstandes bzw.
eine Steigerung seines Widerstandes und damit eine zu Störungen führende Herabsetzung
des Blockstroms eintritt. Andererseits ist bei besetztem Gleis, also in dem Falle;
der sicherungstechnisch gefährlich ist, der Blockstrom durch die Achsen kurzgeschlossen,
und eine Überlagerung der beiden Ströme in dem Vorschaltwiderstand kommt nicht.
mehr in Frage. Der jetzt in die Gleiswicklung gelangende Triebstrom wirkt, für sich
allein auf den Eisendrahtwiderstand ein und -wird durch diesen in seiner Höhe in
der beschriebenen Weise begrenzt.
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Aus vorstehendem geht hervor, daß die neue Anordnung außerordentlich
frequenzempfindlich ist und insbesondere auch einen ausreichenden Schutz gegen Beeinflussung
durch Oberwellen des Triebstroms bietet. Nach dem unter i Gesagten kann man an sich
ohne Bedenken eine Blockfrequenz wählen, die der einer Oberwelle des Triebstroms
gleich ist. Dies wäre nur nicht möglich, wenn die Oberwellen außerordentlich stark
sind. Aber auch dann wäre eine volle Betriebssicherheit gegeben, wenn nur ein geringer
Unterschied zwischen der Blockfrequenz und der Frequenz der Oberwelle vorhanden
ist, da ja für die Oberwelle auch das unter 2 Gesagte gilt.
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Die neue Anordnung kann durch Siebketten ergänzt und noch weiter verbessert
werden. jedoch wird die Verwendung von Siebketten im allgemeinen nicht erforderlich
sein; insbesondere bietet ja die neue Anordnung gerade dadurch, daß Siebketten entbehrlich
werden, einen wesentlichen Vorteil; denn bei Verwendung von Siebketten ist eine
verhältnismäßig genaue Konstanthaltung der Blockfrequenz erforderlich, da sich bei
Frequenzänderungen der Blockstrom nicht nur in seiner Größe, sondern auch in seiner
Phasenlage ändert, was zu Störungen im Betriebe führen würde. Die neue Anordnung
bietet demgegenüber gerade den Vorteil, daß Frequenzänderungen des Blockstroms in
verhältnismäßig großem Maße möglich sind, ohne daß Störungen zu befürchten sind.
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Der Erfindungsgegenstand ist in den Abb. i und 2 beispielsweise erläutert,
wobei Schaltungen mit dem praktisch hauptsächlich in Frage kommenden Zweiphasenrelais
betrachtet sind. Die Abb. i zeigt eine Anordnung mit einschieniger Isolierung, bei
der zur Rückleitung des Triebstroms nur die eine der beiden Fahrschienen benutzt
wird, während die Abb. 2 eine Anordnung mit Drosselstößen zeigt, bei der beide Fahrschienen
zur Rückleiturig des Triebstroms dienen. Bei Abb. i ist die eine Schiene i des Gleises
durch Isolierstöße 2 und 3 unterteilt. Der Triebstrom ist durch Doppelpfeile gekennzeichnet,
der Blockstrom durch einzelne Pfeile.
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Es sei nun angenommen, daß sich bei der Anordnung nach Abb. i eine
Zugachse 5 in der Strecke. zwischen den Isolierstößen :z und 3 befindet. Es entsteht
dann zwischen den Punkten 5 und 6 ein Spannungsabfall U des Triebstroms, der einen
Teilstrom über die Gleiswicklung 41 und die isolierte Schiene 7 schickt. Bisher
mußte man nun entweder mit den Frequenzen des Triebstroms und Blockstroms sehr weit
auseinandergehen und insbesondere vermeiden, daß der Blockstrom mit der Frequenz
der Oberwellen des Triebstroms übereinstimmt. Man konnte also z. B. bisher für den
Blockstrom eine Frequenz von q.o Hz wählen, bei einem Triebstrom von 162/s Hz; denn
die zweite Oberwelle des Triebstroms beträgt 331/a Hz-und die dritte Oberwelle
50 Hz. Bei sehr starken Frequenzschwankungen des Triebstroms und gewissen
Frequemzschwankungen des Blockstroms war es aber bei den bisherigen Anordnungen
möglich; daß die Frequenz einer der beiden Oberwellen des Triebstroms sich der des
Blockstroms nähert, und es bestand so die Gefahr, daß dann das Blockrelais ungewollt
betätigt wurde. Dies kann man nun gemäß der Erfindung dadurch verhindern, daß man
der Gleiswicklung 41 einen Widerstand 8 vorschaltet, der mit steigendem Strom zunimmt,
wobei der Widerstand so zu bemessen ist, daß er- dem Blockstrom in seiner zum Anzug
des Relais erforderlichen Größe nur einen verhältnismäßig geringeren Widerstand
bietet. Dieser Widerstand begrenzt aber, wie schon beschrieben, den durch die Gleiswicklung
gehenden Triebstrom und damit, wie schon unter i beschrieben, auch die Oberwelle
des Triebstroms, so daß das Relais selbst dann nicht anzieht, -wenn der in der Hilfswicklung
fließende Blockstrom und die Oberwelle des Triebstroms vollkommen frequenzgleich
sind. Andererseits könnte bei einer solchen Anordnung die Blockfrequenz sogar in
der Nähe der Frequenz der Grundwelle des Triebstroms liegen, wie oben unter 2 beschrieben.
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Abb.2 zeigt die gleiche Anordnung für eine Anlage mit zweischieniger
Isolierung und Drosselstößen. Hierbei ist außerdem angenommen, daß die Hilfswicklung
q.2 an eine andere Phase u1, v1 eines Zweiphasensystems angeschlossen ist als die
Gleiswicklung. Durch die Verwendung des Zwei phasensystems wird vermieden; daß Triebstrom
durch den Gleisspeisetransformator g in die Hilfswicklung q.2 des Gleisrelais 4
transformiert
wird. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, einen Eisendrahtwiderstan:d io auch
vor die Hilfswicklung 42 zu schalten. Es sind hier außerdem noch gestrichelt Widerstände
ii und 12 dargestellt, die ohmschen, kapazitiven oder induktiven Charakter haben
können. Diese können dazu dienen, die Phasenverschiebung des in der Gleiswicklung
und Hilfswicklung fließenden Blockstroms konstant zu halten, wenn infolge Änderung
der Bettungsverhältnisse ein Ansteigen des Blockstroms und damit eine starke Vergrößerung
des Widerstandes 8 stattfindet. Außerdem können sie dazu dienen, bei besetztem Gleis
einen mit zunehmender Belastung des Widerstandes 8 steigenden Teil des Triebstroms
durchzulassen bzw. den Durchgang des Triebstroms durch den Widerstand 8 und die
Relaiswicklung 41 zu verkleinern. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei
der der Widerstand i i die umgekehrte Charakteristik hat wie der Widerstand B. Steigt
dann die Spannung am Widerstand 8, so steigt sie auch gleichzeitig am Widerstand
i i, und derselbe läßt dann einen beträchtlichen Strom durch. Infolge dieses hohen
Stromdurchgangs durch einen so ausgebildeten Widerstand ii würde aber ein ziemlich
hoher Spannungsabfall im Widerstand i2 entstehen, der unter Umständen auch als Eisendrahtwiderstand
ausgebildet sein kann. Die von den Schienen herkommende Fremdspannung kann dann
beträchtlich hoch sein, ohne für das Relais gefährlich zu sein. Ist der Spannungsabfall
im Widerstand 8 aber gering, wie dies im normalen Betrieb der Fall ist, so ist der
Widerstand i i groß und verursacht also nur geringe Blockstromverluste. An Stelle
des Widerstandes i i könnte man auch Sperrzellen o. dgl. nehmen, wobei diese spannungsmäßig
stark unterbelastet werden. Sie haben dann einen großen Widerstand, der kleiner
wird mit zunehmender Spannung bzw. Stromstärke.
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Werden in bekannter Weise Relaistransformatoren zwischen Gleis und
Gleiswicklung des Relais geschaltet, so kann es unter Umständen vorteilhaft sein,
den Widerstand 8 zwischen Gleis und Relaistransformator zu legen, um auf diese Weise
eine zu hohe Sättigung des Relaistransformators zu vermeiden, da ja gerade -durch
die große Sättigung Oberwellen entstehen würden.