DE102010027017A1 - Induktive Sensoreinrichtung sowie induktiver Näherungssensor mit einer induktiven Sensoreinrichtung - Google Patents

Induktive Sensoreinrichtung sowie induktiver Näherungssensor mit einer induktiven Sensoreinrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine induktive Sensoreinrichtung (10) zum Erfassen einer durch ein sich im Bereich einer Beeinflussungsseite (15) der induktiven Sensoreinrichtung (10) annäherndes Objekt (100) verursachten Magnetfeldänderung, wobei die Sensoreinrichtung (10) zumindest ein Spulensystem (20) mit einer Wechselstrom gespeisten Sendespule (30) sowie einer ersten und einer zweiten Empfangsspule (40, 50) umfasst. Dabei ist die erfindungsgemäße induktive Sensoreinrichtung (10) derart ausgebildet, dass die beiden Empfangsspulen (40, 50) gegensinnig in Reihe, geschaltet sind, bezogen auf die Beeinflussungsseite (15) die erste Empfangsspule (40) vor und die zweite Empfangsspule (50) hinter der Sendespule (30) angeordnet ist und bezogen auf die Beeinflussungsseite (15) hinter der zweiten Empfangsspule (50) eine Abschirmung (60) vorgesehen ist. Die Erfindung umfasst des Weiteren einen induktiven Näherungssensor mit einer induktiven Sensoreinrichtung (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine induktive Sensoreinrichtung zum Erfassen einer durch ein sich im Bereich einer Beeinflussungsseite der induktiven Sensoreinrichtung annäherndes Objekt verursachten Magnetfeldänderung, wobei die Sensoreinrichtung zumindest ein Spulensystem mit einer Wechselstrom gespeisten Sendespule sowie einer ersten und einer zweiten Empfangsspule umfasst.
  • Eine solche induktive Sensoreinrichtung in Form eines Radsensors zur Detektion von schienengebundenen Rädern ist aus der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP 0 340 660 A2 bekannt.
  • Generell können bei solchen Rad- beziehungsweise Achszählsensoren, die getrennte Sender und Empfänger, d. h. üblicherweise zumindest eine Sende- sowie zumindest eine Empfangsspule, aufweisen, der Sender und der Empfänger auf derselben oder auch auf unterschiedlichen Seiten der Eisenbahnschiene angeordnet sein. Durch ein über- beziehungsweise vorbeifahrendes Rad entsteht im Empfangssystem des Sensors aufgrund einer induktiven Beeinflussung durch das Rad beziehungsweise dessen Spurkranz üblicherweise eine Empfangsspannung in Form einer als Glockenkurve ausgebildeten Abrollkurve. In Abhängigkeit von der jeweiligen Polung und Spulenanordnung gilt ein Rad dabei in der Regel bei Über- beziehungsweise Unterschreitung einer festen Schaltschwelle als erkannt. Während die eigentliche induktive Sensoreinrichtung im Falle eines Radsensors notwendigerweise unmittelbar am Gleis angeordnet ist, kann eine Auswerteschaltung des Radsensors auch separat von der induktiven Sensoreinrichtung angeordnet sein, beispielsweise in einem üblicherweise einige Meter entfernten Gleisanschlussgehäuse. Unabhängig hiervon ist der Wirkbereich von im Zusammenhang mit Rad- beziehungsweise Achszählsensoren verwendeten induktiven Sensoreinrichtungen auf den Ablaufbereich überfahrender Räder begrenzt.
  • Neben Schienenfahrzeugen gibt es auch andere Arten spurgebundener beziehungsweise spurgeführter Fahrzeuge, wie beispielsweise spurgeführte Fahrzeuge mit Gummibereifung, Magnetschwebebahnen, Hängebahnen oder auch als Monorail bezeichnete einspurig geführte Fahrzeuge, die insbesondere im Stadtbahnbereich Anwendung finden. Auch hier kann seitens des Betreibers der jeweiligen Fahrzeuge der Wunsch nach einer elektronischen Streckenfreimeldung bestehen, die hohen Sicherheitsanforderungen genügt. Da die entsprechenden Fahrzeuge in der Regel jedoch keine Räder aufweisen oder diese nicht aus Eisen beziehungsweise Metall ausgebildet sind, scheidet die Detektion von Rädern nach dem induktiven Wirkprinzip in diesen Fällen üblicherweise aus. Zwar wäre es in dieser Situation grundsätzlich denkbar, dass anstelle von Rädern eine Detektion beziehungsweise Zählung der Fahrzeuge beziehungsweise Wagen selbst vorgenommen wird, um eine Aussage über den Belegungszustand eines Streckenabschnitts zu gewinnen. Alternativ zu einer Detektion der Fahrzeuge als solches könnten hierbei beispielsweise auch speziell ausgerichtete Metallflächen an dem jeweiligen Fahrzeug angebracht werden, die unter Anwendung des induktiven Wirkprinzips detektiert werden könnten. Unabhängig von der konkreten Ausführungsform ist hierbei im Vergleich zu üblichen Rad- beziehungsweise Achszählsensoren allerdings eine induktive Sensoreinrichtung mit einem deutlich größeren Wirkbereich erforderlich. Ursache hierfür ist, dass der seitliche Bewegungsspielraum eines Fahrzeugs üblicherweise deutlich größer ist, als der eines schienengeführten Rades, so dass zwischen der induktiven Sensoreinrichtung und dem zu detektierenden Objekt ein größerer Abstand erforderlich ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flexibel und vielseitig einsetzbare induktive Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine induktive Sensoreinrichtung zum Erfassen einer durch ein sich im Bereich einer Beeinflussungsseite der induktiven Sensoreinrichtung annäherndes Objekt verursachten Magnetfeldänderung, wobei die Sensoreinrichtung zumindest ein Spulensystem mit einer Wechselstrom gespeisten Sendespule sowie einer ersten und einer zweiten Empfangsspule umfasst, wobei die beiden Empfangsspulen gegensinnig in Reihe geschaltet sind, bezogen auf die Beeinflussungsseite die erste Empfangsspule vor und die zweite Empfangsspule hinter der Sendespule angeordnet ist und bezogen auf die Beeinflussungsseite hinter der zweiten Empfangsspule eine Abschirmung vorgesehen ist.
  • Als „Beeinflussungsseite” wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung diejenige Seite der induktiven Sensoreinrichtung bezeichnet, die bei bestimmungsgemäßen Gebrauch der induktiven Sensoreinrichtung zur Detektion von dem sich annähernden Objekt dahingehend vorgesehen ist, dass im Bereich der Beeinflussungsseite durch das Magnetfeld ein Wirk- beziehungsweise Detektionsbereich gebildet wird, innerhalb dessen ein Objekt detektierbar ist. Dies bedeutet, dass die induktive Sensoreinrichtung für ihren Betrieb derart angeordnet beziehungsweise montiert wird, dass sich das zu detektierende Objekt im Bereich der beziehungsweise entlang der Beeinflussungsseite der induktiven Sensoreinrichtung bewegt beziehungsweise annähert. Dabei ist „annähern” im Sinne der Begriffe „Näherungsschalter” beziehungsweise „Näherungssensor” allgemein so zu verstehen, dass sich das zu detektierende Objekt bezogen auf das Magnetfeld, d. h. den Wirkbereich, bewegt, so dass letztlich durch den induktiven Sensor die Anwesenheit des Objektes detektiert wird. Hierzu ist es erforderlich, dass das zu detektierende Objekt aus Metall beziehungsweise elektrisch leitfähig ist.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die beiden Empfangsspulen gegensinnig in Reihe geschaltet, d. h. in einer Gegenschaltung miteinander verbunden, sind. Dies bietet den Vorteil, dass sich die durch die Sendespule in den beiden Empfangsspulen induzierten Empfangsspannungen ohne Beeinflussung, d. h. in Abwesenheit eines zu detektierenden Objektes, weitgehend aufheben. Für den Fall, dass sich ein zu detektierendes Objekt der Sensoreinrichtung annähert, wird das Magnetfeld der Sendespule in der Form verzerrt beziehungsweise verändert, dass die Spannungen der Empfangsspulen sich nicht mehr gegenseitig aufheben. Dies hat zur Folge, dass die Teilspannungen der Empfangsspulen sich voneinander unterscheiden und die sich hieraus ergebende Spannungsänderung der in Reihe geschalteten Empfangsspulen zur Detektion des Objektes verwendet werden kann. Somit wird durch die Gegenschaltung der beiden Empfangsspulen die Störunempfindlichkeit der induktiven Sensoreinrichtung gegenüber Störeinflüssen deutlich erhöht. Eine solche Erhöhung der Störunempfindlichkeit der induktiven Sensoreinrichtung schafft insbesondere auch die Voraussetzung dafür, dass eine Detektion von Objekten auch über eine größere Entfernung auf zuverlässige Weise erfolgen kann.
  • Die erfindungsgemäße induktive Sensoreinrichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass bezogen auf die Beeinflussungsseite die erste Empfangsspule vor und die zweite Empfangsspule hinter der Sendespule angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Sendespule somit zwischen der ersten Empfangsspule und der zweiten Empfangsspule angeordnet, wobei die erste Empfangsspule näher an der Beeinflussungsseite und damit am Detektionsbereich der induktiven Sensoreinrichtung angeordnet ist als die zweite Empfangsspule. Hierdurch wird bewirkt, dass die zweite Empfangsspule hinsichtlich ihrer Funktion im Wesentlichen eine Kompensationsspule ist, d. h. überwiegend der Kompensation von Störfeldern dient. Ursache hierfür ist, dass die zweite Empfangsspule einen größeren Abstand zur Beeinflussungsseite und damit zum Detektionsbereich der induktiven Sensoreinrichtung aufweist als die erste Empfangsspule und somit durch das sich annähernde beziehungsweise vorbeibewegende Objekt nicht oder nur vergleichsweise geringfügig beeinflusst wird. Hingegen werden Störfelder in Abhängigkeit von ihrem Ursprung üblicherweise beide Empfangsspulen in ähnlicher Weise beeinflussen. Entsprechende Störfelder können beispielsweise durch in der Nähe der Sensoreinrichtung verlaufende Stromkabel oder auch durch räumlich benachbarte elektrische Komponenten, etwa in Form von weiteren Sensoreinrichtungen, verursacht sein. Aufgrund dessen, dass die beiden Empfangsspulen gegensinnig in Reihe geschaltet sind, werden somit vorteilhafterweise entsprechende Störungen zumindest weitgehend kompensiert.
  • Die erfindungsgemäße induktive Sensoreinrichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass bezogen auf die Beeinflussungsseite hinter der zweiten Empfangsspule eine Abschirmung vorgesehen ist. Vorzugsweise besteht die Abschirmung hierbei aus einem diamagnetischen Material, etwa in Form eines Metalls. Mittels der Abschirmung wird die induktive Sensoreinrichtung zu ihrer Rückseite, d. h. entgegen der Beeinflussungsseite, abgeschirmt, wodurch etwaige von der jeweiligen Einbausituation abhängige Verstimmungen der induktiven Sensoreinrichtung, beispielsweise durch umgebendes Metall, ausgeschlossen werden. In Verbindung mit der Anordnung der Spulen des Spulensystems und der Verbindung der Empfangsspulen in einer Gegenschaltung können hierdurch vorteilhafterweise Beschränkungen hinsichtlich des Einbauortes der induktiven Sensoreinrichtung vermieden werden.
  • Insgesamt bietet die erfindungsgemäße induktive Sensoreinrichtung somit den Vorteil, dass sie besonders störunempfindlich ist und aufgrund dessen besonders vielseitig und flexibel einsetzbar ist. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass die Anordnung der Sendespule sowie der Empfangsspulen darüber hinaus dahingehend vorteilhaft ist, dass für jede der Spulen, d. h. sowohl für die Sendespule als auch für die beiden Empfangsspulen, die Länge der induktiven Sensoreinrichtung beziehungsweise eines Gehäuses derselben entlang der Bewegungsrichtung des zu detektierenden Objektes vollständig ausgenutzt werden kann. Hierdurch wird eine besonders große Einwirklänge des zu detektierenden Objektes ermöglicht, wodurch eine besonders hohe Empfindlichkeit der induktiven Sensoreinrichtung erzielt wird. Darüber hinaus wird hierdurch auch die Voraussetzung dafür geschaffen, dass die Sendespule mit einem vergleichsweise großen Durchmesser, d. h. beispielsweise in der Größenordnung von 20 bis 30 cm, ausgebildet werden kann. Durch einen entsprechend großen Durchmesser der Sendespule wird es ermöglicht, dass die induktive Sensoreinrichtung hinsichtlich ihres Detektionsbereichs eine vergleichsweise große Reichweite aufweist. Dies bietet den Vorteil, dass auch Objekte, d. h. beispielsweise Fahrzeuge, detektiert werden können, die sich in einem vergleichsweise großen Abstand an der induktiven Sensoreinrichtung vorbeibewegen beziehungsweise sich dieser annähern. Folglich kann die induktive Sensoreinrichtung auch in solchen Situationen eingesetzt werden, in denen sich das Objekt in vergleichsweise großen Abstand vorbeibewegt beziehungsweise unterschiedliche Abstände zwischen der induktiven Sensoreinrichtung sowie dem zu detektierenden Objekt auftreten können.
  • Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße induktive Sensoreinrichtung derart weitergebildet, dass die Längsachse der Sendespule und/oder die Längsachse der ersten Empfangsspule und/oder die Längsachse der zweiten Empfangsspule im Wesentlichen senkrecht zur Beeinflussungsseite ausgerichtet ist beziehungsweise sind. Dadurch, dass zumindest eine der Spulen mit ihrer Längsachse senkrecht zur Beeinflussungsseite und damit im Wesentlichen auch senkrecht zu der üblichen Bewegungsrichtung des zu detektierenden Objekts ausgerichtet ist, wird eine besonders hohe Sensitivität der induktiven Sensoreinrichtung erzielt. Vorzugsweise sind hierbei die Längsachsen sowohl der Sendespule als auch der Empfangsspulen senkrecht zur Beeinflussungsseite ausgerichtet.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung ist die erfindungsgemäße induktive Sensoreinrichtung derart ausgestaltet, dass sich die Längsachsen der Sendespule und die Längsachsen der Empfangsspulen im Wesentlichen entsprechen. Dies bedeutet, dass die Längsachse der Sendespule mit derjenigen der beiden Empfangsspulen zusammenfällt. Durch die hierdurch erzielte Symmetrie des Aufbaus der induktiven Sensoreinrichtung ergeben sich einerseits Vorteile im Hinblick auf die Störunterdrückung; andererseits wird hierdurch auch eine besonders einfache und kompakte Bauform der Sensoreinrichtung erreicht.
  • Grundsätzlich ist es möglich, dass die beiden Empfangsspulen hinsichtlich ihrer Geometrie, ihrer Windungszahl und ihres Abstands zur Sendespule identisch sind.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße induktive Sensoreinrichtung derart ausgeprägt, dass sich die erste Empfangsspule bezüglich ihrer Geometrie und/oder ihrer Windungszahl und/oder ihres Abstandes zur Sendespule von der zweiten Empfangsspule unterscheidet. Dies bietet den Vorteil, dass die jeweiligen Empfangsspannungen der Empfangsspulen im Hinblick auf die jeweiligen Gegebenheiten geeignet gewählt werden können. So kann beispielsweise durch eine gezielte Verstellung des Abstands zwischen der Sende- und der jeweiligen Empfangsspule die Empfangsspannung der jeweiligen Empfangsspule im Ruhezustand, d. h. im unbeeinflussten Zustand der induktiven Sensoreinrichtung, vorgegeben werden.
  • Grundsätzlich ist es denkbar, dass mindestens eine der Spulen, insbesondere die Sendespule, einen Kern aufweist. Zur Vermeidung magnetischer Sättigungseffekte ist es jedoch in der Regel vorteilhaft, wenn die Sendespule und/oder die erste Empfangsspule und/oder die zweite Empfangsspule gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen induktiven Sensoreinrichtung als Luftspule ausgebildet ist beziehungsweise sind.
  • Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße induktive Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass die Sendespule und/oder die Empfangsspulen jeweils in eine Schwingkreisschaltung eingebunden ist beziehungsweise sind. Dies bietet den Vorteil, dass die jeweiligen Amplituden der Sende- beziehungsweise Empfangsspannungen erhöht und die Frequenzselektivität gesteigert werden kann, wodurch eine weitere Verbesserung der Störunterdrückung möglich ist.
  • Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße induktive Sensoreinrichtung weiterhin auch derart ausgebildet sein, dass seitlich versetzt zu dem Spulensystem ein weiteres Spulensystem angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die beiden Spulensysteme in Bezug auf die Beeinflussungsseite derart seitlich versetzt sind, dass bei einer Annäherung des zu detektierenden Objektes mittels der beiden Spulensysteme zeitlich versetzte Signale erzeugt werden. Im Rahmen einer nachfolgenden Auswertung der Signale kann hierbei vorteilhafterweise eine Bestimmung der Bewegungsrichtung des Objektes, d. h. beispielsweise der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs, erfolgen.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass im Falle einer induktiven Sensoreinrichtung mit zwei Spulensystemen die Abschirmung in Form einer, beide Spulensysteme abschirmenden Komponente oder in Form von zwei, jeweils eine der beiden Spulensysteme abschirmenden Komponenten ausgebildet sein kann.
  • Die Erfindung umfasst darüber hinaus einen induktiven Näherungssensor mit einer erfindungsgemäßen induktiven Sensoreinrichtung beziehungsweise einer induktiven Sensoreinrichtung gemäß einer der zuvor genannten bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen induktiven Sensoreinrichtung sowie mit einer an die Empfangsspulen angebundenen Auswerteschaltung.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen induktiven Näherungssensors entsprechen im Wesentlichen denjenigen der erfindungsgemäßen induktiven Sensoreinrichtung beziehungsweise ihrer bevorzugten Weiterbildungen, so dass diesbezüglich auf die entsprechenden vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
  • Darüber hinaus sei angemerkt, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen induktiven Näherungssensors die induktive Sensoreinrichtung insbesondere an eine bereits im Zusammenhang mit anderen Anwendungen, wie beispielsweise üblichen Achszählsensoren, entwickelte, getestete und freigegebene Auswerteschaltung angebunden sein kann. Insbesondere im Hinblick auf die üblicherweise vergleichsweise aufwändige Sicherheitsprüfung von Auswerteschaltungen, wie sie etwa bei einem Einsatz induktiver Näherungssensoren zur Gleis- beziehungsweise Streckenfreimeldung erforderlich ist, ergeben sich hieraus hinsichtlich Aufwand und Kosten erhebliche Vorteile. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, eine zur Detektion von Wagen einer Monorail entwickelte induktive Sensoreinrichtung an eine ursprünglich für einen Achszählsensor eines Rad-Schiene-Systems entwickelte Auswerteschaltung anzubinden.
  • Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße induktive Näherungssensor derart ausgestaltet, dass die induktive Sensoreinrichtung und die Auswerteschaltung in unterschiedlichen Gehäusen angeordnet sind. Dies bietet den grundlegenden Vorteil, dass die induktive Sensoreinrichtung und die Auswerteschaltung räumlich entkoppelt werden können. Hierdurch wird insbesondere auch die zuvor beschriebene Möglichkeit erleichtert, die induktive Sensoreinrichtung an eine auch für andere Anwendungen genutzte Art von Auswerteschaltung anzubinden.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße induktive Näherungssensor zum Detektieren spurgebundener Fahrzeuge beziehungsweise zum Detektieren von Teilen von spurgebundenen Fahrzeugen ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch die Möglichkeit geschaffen wird, insbesondere auch für spurgebundene Fahrzeuge ohne Räder eine besonders störunempfindliche und damit besonders zuverlässige Detektion der Fahrzeuge, etwa im Rahmen eines Streckenfreimeldesystems, zu realisieren. Grundsätzlich ist der erfindungsgemäße induktive Näherungssensor jedoch auch zum Detektieren spurgebundener Fahrzeuge mit Rädern beziehungsweise Achsen beziehungsweise zur Detektion der Räder beziehungsweise Achsen solcher Fahrzeuge geeignet, so dass der erfindungsgemäße induktive Näherungssensor vorteilhafterweise vielseitig einsetzbar ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigt
  • 1 in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen induktiven Sensoreinrichtung und
  • 2 eine schematische Schaltskizze des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen induktiven Sensoreinrichtung.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden in den Figuren für gleiche beziehungsweise im Wesentlichen gleich wirkende Komponenten identische Bezugszeichen verwendet.
  • 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen induktiven Sensoreinrichtung. Dargestellt ist eine induktive Sensoreinrichtung 10, die eine Beeinflussungsseite 15 aufweist, an der sich ein Objekt 100 annähert beziehungsweise von links nach rechts vorbeibewegt. Bei dem Objekt 100 kann es sich beispielsweise um einen Wagen oder ein Metallteil eines spurgeführten Fahrzeugs handeln.
  • Die induktive Sensoreinrichtung 10 weist ein Spulensystem 20 auf, das aus einer Sendespule 30, einer ersten Empfangsspule 40 sowie einer zweiten Empfangsspule 50 besteht. Entsprechend der Darstellung der 1 ist die erste Empfangsspule 40 dabei bezogen auf die Beeinflussungsseite 15 vor der Sendespule 30 und die zweite Empfangsspule 50 bezogen auf die Beeinflussungsseite 15 hinter der Sendespule 30 angeordnet. Es sei angenommen, dass die beiden Empfangsspulen 40, 50 zur Unterdrückung von Störfeldern gegensinnig in Reihe geschaltet, d. h. in einer Gegenschaltung miteinander verbunden sind.
  • Die induktive Sensoreinrichtung 10 weist darüber hinaus eine Abschirmung 60 auf, bei der es sich im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels um eine diamagnetische Metallplatte handeln soll. Bezogen auf die Beeinflussungsseite 15 ist die Abschirmung 60 hinter der zweiten Empfangsspule 50, d. h. in Richtung der entgegen der Beeinflussungsseite 15 gerichteten Rückseite der induktiven Sensoreinrichtung, vorgesehen. Durch die Abschirmung 60 wird das Spulensystem 20 der induktiven Sensoreinrichtung 10 vorteilhafterweise zur Rückseite hin derart abgeschirmt, dass äußere Störbeeinflussungen reduziert beziehungsweise vermieden werden.
  • Entsprechend der Darstellung der 1 sind das Spulensystem 20 sowie die Abschirmung 60 in einem Gehäuse 70 untergebracht.
  • Sofern nun das Objekt 100, bei dem es sich beispielsweise um eine Metallplatte handeln kann, in den Detektionsbereich der induktiven Sensoreinrichtung 10 eindringt, so wird das Feld der Sendespule 30 in der Art verzerrt, dass die Spannungen der Empfangsspulen 40, 50 unterschiedlich beziehungsweise unterschiedlicher werden. Folglich kann die Spannungsänderung der in Reihe geschalteten Empfangsspulen 40, 50 zur Detektion von Objekten 100 in Form von Metallflächen oder Metallteilen, bei denen es sich beispielsweise um ein Fahrgestell oder eine Wagenwand eines spurgebundenen Fahrzeugs handeln kann, genutzt werden. Durch die Abschirmung 60 werden die magnetischen Feldlinien verstärkt abgelenkt, so dass bei gleicher Geometrie der Empfangsspulen 40, 50 der Abstand derselben zur Sendespule 30 unterschiedlich gewählt werden kann, um im Ruhezustand, d. h. im unbeeinflussten Zustand der induktiven Sensoreinrichtung 10, eine Kompensation der Empfangsspannungen zu erzielen.
  • Zur Detektion weiter entfernter Objekte 100 weist die Sendespule 30 einen geeignet großen Durchmesser auf. In Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten kann der Durchmesser hierbei beispielsweise in der Größenordnung von etwa 20 bis 50 cm liegen. Jedoch sind auch kleinere oder größere Durchmesser der Sendespule 30 möglich. Darüber hinaus kann auch ein Aufbau mit einem weiteren entsprechenden Spulensystem zweckmäßig sein, wodurch eine Erkennung der Bewegungsrichtung des Objektes 100 ermöglicht wird.
  • In dem Ausführungsbeispiel der 1 fallen die Längsachsen der Sendespule 30 und der Empfangsspulen 40 und 50 zusammen und sind senkrecht zur Beeinflussungsseite 15, d. h. im dargestellten Ausführungsbeispiel auch senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objektes 100, ausgerichtet. Die Sendespule 30 und die Empfangsspulen 40, 50 sind als Luftspulen ausgeführt, um mögliche Störeinflüsse durch Sättigungseffekte eines Spulenkerns zu vermeiden.
  • 2 zeigt eine schematische Schaltskizze des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen induktiven Sensoreinrichtung. Dabei ist die induktive Sensoreinrichtung 10 zur Darstellung eines vereinfachten Schaltbildes der induktiven Sensoreinrichtung lediglich schematisch angedeutet.
  • Entsprechend der Darstellung der 2 sind die Sendespule 30 und die in einer Gegenschaltung miteinander verbundenen Empfangsspulen 40 und 50 jeweils dahingehend in eine Schwingkreisschaltung eingebunden, das die Sendespule 30 zusammen mit einem Kondensator 35 einen Sendeschwingkreis bildet. In ähnlicher Weise bilden auch die Empfangsspulen 40, 50 mit einem Widerstand 45 und einem Kondensator 55 einen Empfangsschwingkreis. Dabei ist mit US in 2 die Sendespannung des Sendeschwingkreises und mit UE die Empfangsspannung des Empfangsschwingkreises bezeichnet. In Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten kann der Effektivwert der Sendespannung US beispielsweise in der Größenordnung von 30 bis 60 V liegen und der Effektivwert der Empfangsspannung UE im Ruhezustand, d. h. in Abwesenheit eines zu detektierenden Objektes, beispielsweise deutlich unter 1 V liegen. Durch die Ausbildung des Senders und des Empfängers als Schwingkreise wird vorteilhafterweise die Frequenzselektivität erhöht, wodurch Störungen, die eine andere Frequenz aufweisen, unterdrückt werden.
  • Die zuvor beschriebene induktive Sensoreinrichtung kann zusammen mit einer entsprechenden Auswerteschaltung, die mit dem Empfangsschwingkreis verbunden ist, zur Realisierung eines induktiven Näherungssensors verwendet werden. Dabei ist es, insbesondere auch dadurch, dass die induktive Sensoreinrichtung sowie die Auswerteschaltung räumlich voneinander getrennt in unterschiedlichen Gehäusen angeordnet sein können, möglich, eine bereits verfügbare Auswerteschaltung beziehungsweise Auswerteelektronik, welche nachweisbar den hohen Sicherheitsanforderungen beispielsweise im Bereich der Gleisfreimeldung genügt, auch für den entsprechenden induktiven Näherungssensor zu nutzen, um beispielsweise anstelle von Rädern oder Achsen Züge oder Personenwagen oder Teile derselben zu detektieren. Somit ist die beschriebene induktive Sensoreinrichtung nicht nur gegenüber Störeinflüssen besonders robust, sondern darüber hinaus auch besonders flexibel und vielseitig einsetzbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0340660 A2 [0002]

Claims (10)

  1. Induktive Sensoreinrichtung (10) zum Erfassen einer durch ein sich im Bereich einer Beeinflussungsseite (15) der induktiven Sensoreinrichtung (10) annäherndes Objekt (100) verursachten Magnetfeldänderung, wobei die Sensoreinrichtung (10) zumindest ein Spulensystem (20) mit einer Wechselstrom gespeisten Sendespule (30) sowie einer ersten und einer zweiten Empfangsspule (40, 50) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – die beiden Empfangsspulen (40, 50) gegensinnig in Reihe geschaltet sind, – bezogen auf die Beeinflussungsseite (15) die erste Empfangsspule (40) vor und die zweite Empfangsspule (50) hinter der Sendespule (30) angeordnet ist und – bezogen auf die Beeinflussungsseite (15) hinter der zweiten Empfangsspule (50) eine Abschirmung (60) vorgesehen ist.
  2. Induktive Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Sendespule (30) und/oder die Längsachse der ersten Empfangsspule (40) und/oder die Längsachse der zweiten Empfangsspule (50) im Wesentlichen senkrecht zur Beeinflussungsseite (15) ausgerichtet ist beziehungsweise sind.
  3. Induktive Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längsachsen der Sendespule (30) und die Längsachsen der Empfangsspulen (40, 50) im Wesentlichen entsprechen.
  4. Induktive Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Empfangsspule (40) bezüglich ihrer Geometrie und/oder ihrer Windungszahl und/oder ihres Abstandes zur Sendespule von der zweiten Empfangsspule (50) unterscheidet.
  5. Induktive Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (30) und/oder die erste Empfangsspule (40) und/oder die zweite Empfangsspule (50) als Luftspule ausgebildet ist beziehungsweise sind.
  6. Induktive Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (30) und/oder die Empfangsspulen (40, 50) jeweils in eine Schwingkreisschaltung eingebunden ist beziehungsweise sind.
  7. Induktive Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass seitlich versetzt zu dem Spulensystem (20) ein weiteres Spulensystem angeordnet ist.
  8. Induktiver Näherungssensor mit einer induktiven Sensoreinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche sowie einer an die Empfangsspulen (40, 50) angebundenen Auswerteschaltung.
  9. Induktiver Näherungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Sensoreinrichtung (10) und die Auswerteschaltung in unterschiedlichen Gehäusen angeordnet sind.
  10. Induktiver Näherungssensor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Näherungssensor zum Detektieren spurgebundener Fahrzeuge beziehungsweise zum Detektieren von Teilen von spurgebundenen Fahrzeugen ausgebildet ist.
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