DE2240757A1

DE2240757A1 - Einrichtung zur weg- und geschwindigkeitsmessung auf schienenfahrzeugen

Info

Publication number: DE2240757A1
Application number: DE19722240757
Authority: DE
Inventors: Udo Bosse
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-18
Filing date: 1972-08-18
Publication date: 1974-03-14
Also published as: GB1394145A; FR2196459B1; BE803645A; NL7310070A; CH552789A; FR2196459A1

Description

Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung auf Schienenfahrzeugen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Weg» und Geschwindigkeitsmessung auf Schienenfahrzeugen unter Verwendung eines mit einem Fahrzeugrad gekuppelten Teiles, das im Strahlengang zwischen einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsempfänger vorgesehen ist.

Zur genauen Fahrort- und Geschwindigkeitsbestimmung auf Schienenfahrzeugen können beispielsweise rein mechanisch arbeitende Einrichtungen vorgesehen werden, die über biegsame Wellen mit einer Fahrzeugachse in Kontakt stehen. Derartige Einrichtungen unterliegen jedoch einem hohen Verschleiß und erfordern daher einen unerwünschten Aufwand an Wartung.

Auf der anderen Seite sind Einrichtungen bekannt, (Funk-Technik Nr. 1/1958 Seite 9/10), die zur Ermittlung des jeweils zurückgelegten Weges bzw. der jeweils gefahrenen Geschwindigkeit als Gebereinrichtung einen Tachometerdynamo verwenden. Unabhängig davon, ob Gleichstrom- oder Wechselstromtachometerdynamos zum Einsatz gelangen, haben diese Maschinen auch den Nachteil, daß sie bei den starken Erschütterungen bald reparaturbedürftig sind und den hohen Genauigkeitsanforderungen bei der Weg- und Geschwindigkeitsermittlung nicht mehr gewachsen sind. Außerdem sind diese Geräte nicht wartungsfrei, was jedoch allgemein bei

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derartigen Einrichtungen erwünscht ist.

Aus der obengenannten Literaturstelle ist es zur digitalen Drehzahlmessung bekannt, von der zu untersuchenden Welle galvanisch, induktiv oder fotoelektrisch Impulse abzuleiten, die nach entsprechender Verstärkung und Verformung einem elektronischen Zählwerk zugeleitet werden. Bei der fotoelektrischen Impulserzeugung kann beispielsweise mit der Welle, deren Drehzahl festgestellt werden soll, eine Lochscheibe gekuppelt werden, die im Strahlengang zwischen einer Strahlenquelle, z.B. einer Lampe, und einem Strahlenempfänger, z.B. einer Fotozelle, angebracht ist. Bei Rotation der Lochscheibe wird der auf die Fotozelle fallende Lichtstrahl periodisch unterbrochen. Die dabei ausgelösten elektrischen Impulse dienen zur Drehzahlmessung.

Wenn die genannte Lochscheibe mit einer Fahrzeugachse gekuppelt ist,läßt sich mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung zur digitalen Drehzahlmessung der rückgelegte Weg und auch die Geschwindigkeit des betreffenden Schienenfahrzeuges ermitteln. Die Verwendung dieser bekannten digitalen Einrichtung zur Drehzahlmessung auf Schienenfahrzeugen hat jedoch den Nachteil, daß die meisten bekannten Strahlungsquellen sowie die Strahlungsempfänger nicht den hohen Beschleunigungen im Achslager der Schienenfahrzeuge gewachsen sind und somit einem hohen Verschleiß unterliegen. Ferner hat die bekannte Einrichtung den Nachteil, daß deren ordnungsgerechte Funktion nicht bei allen Stellungen des in dem Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger vorgesehenen Teiles, also beispielsweise die Lochscheibe, überwacht werden kann. Dies ist jedoch auf jeden Fall erforderlich, weil eine defekte Strahlungsquelle erkannt werden muß, da sonst ein Fahrzeugstillstand vorgetäuscht werden kann, obwohl dies nicht der Fall ist. Bei automatisch betriebenen Bahnen könnte ein derartiger Betriebszustand zu erheblichen Gefährdungen führen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung auf Schienenfahrzeugen der eingangs genannten Art mit einer Gebereinrichtung zu entwickeln, die im Achslager der Fahrzeuge montiert werden kann, die weitgehend wartungsfrei ist und den hohen Be-. schleunigungen bei Erschütterungen stand hält. Ferner soll die Einrichtung ständig unabhängig von der Stellung des im Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger vorgesehenen Teiles überwachbar sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Teil in den Strahlengang einer Halbleiteremissionsdiode und eines Halbleiterstrahlungsempfängers eingefügt ist und daß das Teil bei mindestens zwei Stellungen im Halbleiterstrahlungsempfänger zwei sich unterscheidende und von Null verschiedene Strahlungsintensitäten erzeugt. Als Halbleiteremissionsdiode kann beispielsweise eine handelsübliche Leuchtdiode und als Halbleiterstrahlungsempfänger ein Fototransistor oder ein Fotowiderstand verwendet werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Teil aus einem für die verwendete Strahlung teilweise durchlässigem Material bestehen, so daß unabhängig von der Stellung des Teiles die auf den Strahlungsempfänger auftreffende Strahlungsintensität von Null verschieden ist.

Dieser Vorteil ist aber auch dann gegeben, wenn bei einer anderen Ausführungsform das Teil aus mindestens zwei Reflektoren unterschiedlichen Reflektionsgrades besteht. So kann das Teil beispielsweise aus einem Rotationskörper aufgebaut sein, auf dessen Umfang in regelmäßiger Reihenfolge abwechselnd Spiegel mit einerseits 100%-igem und andererseits einem unter 100% liegenden Reflektionsgrad angeordnet werden. Da diese Einrichtungen vollkommen gekapselt eingebaut werden können, besteht keine Gefahr der Verschmutzung. Somit ist auch diese Einrichtung sozusagen wartungsfrei.

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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung mit einer Leuchtdiode,die periodisch mit Strom versorgt wird und

Fig. 2 eine Einrichtung, deren Leuchtdiode mit Gleichstrom gespeist wird.

Die Einrichtung nach Fig. 1 zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung auf Schienenfahrzeugen aufgrund einer berührungslosen Drehzahlmessung mit Hilfe einer Lichtschranke besteht zunächst einmal aus einer Gleichstromquelle 1, an die über zwei Widerstände R1 und R2 ein Generator 2 angeschlossen ist. Ein Kondensator 3 dient - wie später noch weiter erläutert wird - zu Siebzwecken. Der Generator 2 hat die Aufgabe, eine Leuchtdiode 4 mit nicht gleichförmigem Strom zu versorgen. Der vom Generator 2 gelieferte Strom kann eine beliebige Kurvenform aufweisen; wesentlich ist, daß die Leuchtdiode 4 so mit Strom versorgt wird, daß diese Wechsellicht abgibt. Im Strahlengang der als Strahlungsquelle verwendeten Leuchtdiode 4 befindet sich eine Zahnscheibe 5, die auf einer Welle 6 befestigt ist, die wiederum mit einer Fahrzeugachse (nicht dargestellt) gekuppelt ist. Wesentlich ist, daß für die Zahnscheibe ein Material verwendet ist, das für das von der Leuchtdiode 4 ausgesandte Licht teilweise durchlässig ist. Anstelle der Zahnscheibe kann auch eine Scheibe mit Bohrungen verwendet werden. Wichtig ist für alle Ausführungsformen, daß aufgrund des verwendeten Materials für die Scheibe und der in regelmäßigen Abständen vorgesehenen Durchbrüche auf einem als Strahlungsempfänger vorgesehenen Fototransistor 7 bei Drehung der Scheibe sich unterscheidende und von Null verschiedene Strahlungsintensitäten auftreffen. Hierdurch ist es möglich, die Funktion der Einrichtung laufend zu überwachen, wie später noch näher erläutert wird. Der Fototransistor 7 ist mit seinen Elektroden an den Widerstand R2 angeschlossen. Außer der Gleichstromquelle 1 und dem

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Widerstand R1 können alle bisher beschriebenen Bauteile und Vorrichtungen mechanisch zu einer Baugruppe vereinigt am Achslager eines Schienenfahrzeuges montiert und über die zweiadrige Leitung Lt, L2 mit den übrigen Einrichtungen verbunden werden. Diese bevorzugte Ausführungsform hat den Vorteil, daß auch die zweiadrige Leitung Lt, L2 mit in die Überwachung einbezogen ist.

Weitere Baugruppen, die nicht mit am Achslager des Schienenfahrzeuges montiert werden, sind folgende. An den Widerstand R1 ist ein Tiefpaß 8 angeschlossen, der ausgangsseitig mit einer Überwachungseinrichtung 9 und einem Impulsformer 10 verbunden ist. Der letztgenannte speist eine Wegmeßeinrichtung 11 sowie eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 12.

Die Wirkungsweise der Einrichtung zur berührungslosen Weg- und Geschwindigkeitsmessung auf Schienenfahrzeugen ist folgende. Die Gleichstromquelle 1 versorgt den Generator 2 über den Widerstand R1 und die zweiadrige Leitung L1, L2 sowie über den Widerstand R2 mit Gleichstrom. Der Generator 2 setzt diesen beispielsweise in einen impulsförmigen Strom um, so daß die Leuchtdiode 4 Lichtimpulse aussendet, die durch die Zahnlücken 51 ungehindert und beim Auftreffen auf die Zähne 52 der Zahnscheibe 5 in ihrer Intensität gemindert auf den Fototransistor 7 auftreffen.Durch diese Verfahrensweise wird der Fototransistor 7 ein dynamischer, veränderbarer,Widerstand, der durch Parallelschaltung zum Widerstand R2 auf der Leitung L2 eine Strommodulation hervorruft. Damit keine Rückkopplung zum Generator 2 erfolgt, ist der Kondensator 3 vorgesehen. Die Strommodulation hat einen entsprechenden Spannungsabfall am Widerstand R1 zur Folge, so daß an diesem keine reine Gleichspannung abfällt, wenn die beschriebene Einrichtung ordnungsgerecht arbeitet. Der Gleichspannungsabfall am Widerstand R1 wird durch den Hiochpaß 8 von den diesem

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nachgeordneten Einrichtungen ferngehalten. Die Überwachungseinrichtung 9 besteht beispielsweise aus einer Triggerschaltung, die überwacht, ob die vom Hochpaß 8 ausgegebene Wechselspannung einen Mindestpegel überschreitet, der u.a. von der Durchlässigkeit der Zahnscheibe 5 abhängt, Bei einem Leitungsbruch der zweiadrigen Leitung L1, L2, beim Versagen des Generators 2, bei einem Defekt an der Leuchtdiode 4 usw. wird der vorgegebene Schwellwert der Wechselspannung für die Überwachungseinrichtung 9 unterschritten, so daß diese eine entsprechende Störungsmeldung ausgibt.

Die vom Hochpaß 8 ausgegebene Wechselspannung hat bei Stillstand der Welle 6 entweder einen tiefen oder einen hohen Wert, je nach dem, ob das von der Leuchtdiode 4 ausgegebene Licht durch eine Zahnlücke 51 oder auf einen Zahn 52 der Zahnscheibe 5 fällt. Bei einer Drehung der Zahnscheibe 5 ändert sich der Wert der Wechselspannung periodisch mit der Drehzahl, also mit der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges. Aus der Häufigkeit der Amplitudenänderung leitet der Impulsformer 10 Steuerkennzeichen für die Wegmeßeinrichtung 11 und die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 12 ab.

Diese Schaltungsanordnung hat den besonderen Vorteil wie auch die im folgenden beschriebene Anordnung nach Fig. daß zwischen den am Achslager des Schienenfahrzeuges vorgesehenen Einrichtungen und den übrigen auf dem Fahrzeug vorhandenen Baugruppen nur eine einzige zweiadrige Leitung vorgesehen werden muß, die mit in den Uberwachungsvorgang einbezogen ist.

Die Einrichtung nach Fig. 1 kann noch dahingehend abgewandelt werden, daß anstelle des Widerstandes E1 und den an diesen angeschlossenen Hochpaß 8 ein Transformator vorgesehen wird, dessen Primärwicklung im Speisestrom-

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kreis des Generators 2 liegt und an dessen Sekundärwicklung die Überwachungseinrichtung 9 und der Impulsformer 10 angeschlossen sind. Hierbei übernimmt der Transformator die Funktion vom Hochpaß 8.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 für eine Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung auf Schienenfahrzeugen wurden für die bereits beschriebene gleichartige Einrichtungsstelle dieselben Bezugsszeichen verwendet. Der wesentliche Unterschied dieser Einrichtung gegenüber derjenigen nach Fig. 1 besteht darin, daß die Leuchtdiode 4 über einen Vorwiderstand R4 zur Strombegrenzung aus der Gleichstromquelle 1. direkt gespeist wird und somit Licht mit konstanter Strahlungsenergie aussendet..

Der Fototransistor 7 ist bei dieser Einrichtung als veränderbarer "Widerstand in den Stromkreis eines impulsgene» rators IG geschaltet. Dieser besteht aus einer Triggerdiode 13» einem Kondensator 1.4 und einem Widerstand R3° Die an die zweiadrige Leitung L1, L2 oberhalb der strichpunktierten Linie angeschlossenen Einrichtungen können. mechanisch vereinigt Mt der Zahnscheibe 5 wiederum als eine Baueinheit am Achslager eines Schienenfahrzeuges montiert werden. Die zusätzlich noch auf dem Schienen- . fahrzeug vorgesehenen weiteren Einrichtungen sind an die zweiadrige Leitung L1, L2 über einen Transformator 15 zur Gleich- und Wechselstromtrennung angeschlossen. Die Sekundärwicklung 151 des Transformators 15 speist über einen Bandpaß 16 die überwachungseinrichtung 9 sowie den Impulsformer 10.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende. Bei hoher Strahlungsintensität, weim also das ,Licht der Leuchtdiode 4 dureii eine Zahnlücke 51 der Zahnscheibe 5 auf den Fototransistor;* 7 fällt, ist dessen Durchlaßwiderstand klein. Dabei lädt sich der Kondensator 14 schnell auf_s bis dessen Ladespannung den Wert der Durchbruchspannung der Trigg.rdiode 13 erreicht„ die dann zündet und durch= lässig wir-Λ. Als Folg© wird der Kondensator 14 über den

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Widerstand R3 und die Triggerdiode 13 entladen, bis die letztgenannte wieder in den Sperrzustand geht. Dann wiederholt sich der beschriebene Aufladevorgang für den Kondensator 14 von neuem.

Wenn sich die Zahnscheibe5 in einer Stellung befindet, in der das Licht der Leuchtdiode 4 auf einen der Zähne der Zahnscheibe 5 fällt, ist die Strahlungsintensität auf dem Fototransistor gering, jedoch noch von Null verschieden. Dann ist dessen Widerstand relativ hoch, so daß die Aufladung des Kondensators 14 wesentlich länger dauert als beim vorher beschriebenen Arbeitsbeispiel. Hieraus resultiert, daß der Impulsgenerator IG im einen Fall Impulse mit hoher Folgefrequenz und im anderen Fall solche erzeugt, die eine geringere Folgefrequenz aufweisen. Die obere und untere Grenze der Folgefrequenz wird durch Bemessung des Impulsgenerators IG unter Berücksichtigung der Widerstandswerte des Fototransistors 7 so dimensioniert, daß die über den Transformator 15 auf den Bandpaß 16 gelangenden Frequenzen bei ordnungsgerechtem Betrieb innerhalb der oberen und unteren Grenzfrequenz des Bandpasses liegen.

Während der Fahrt des Schienenfahrzeuges ist die Zahnscheibe entsprechend der gefahrenen Geschwindigkeit in Bewegung, so daß die vom Impulsgenerator IG erzeugte Frequenz entsprechend der Drehzahl der Welle 6 zwischen dem oberen und unteren Wert pendelt und somit moduliert wird. Diese Modulationsfrequenz wird im Impulsformer ausgewertet und steuert wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Wegmeßeinrichtung 11 sowie die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung 12. Alle denkbaren Fehler führen dazu, daß eine Frequenz entsteht, die vom Bandpaß 16 nicht durchgelassen wird. Dies wird von der überwachungseinrichtung festgestellt und gemeldet.

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Auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kann in vieler Hinsicht abgewandelt werden. Dies betrifft nicht nur die Form und die Art des die Strahlen der Halbleiteremissionsdiode beeinflussenden Teiles und die Art der verwendeten Halblelteremissionsdiode sowie des Halbleiterstrahlungsempf ängers, sondern auch den Impulsgenerator IG, der durch den HalbleiterStrahlungsempfänger gesteuert wird. Der Impulsgenerator IG kann auch mit einem anderen aktiven Bauelement versehen werden, beispielsweise mit einer Doppelbasisdiode mit entsprechender Beschaltung. Im übrigen kann auch ein ganz anderer Generator zur Anwendung kommen, wobei wesentlich is.t, daß sich die Frequenz durch den jeweils verwendeten Halbleiterstrahlungsempfänger beeinflussen läßt.

Beide beschriebene Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, daß die Überwachungseinrichtung 9 nicht nur das Versagen der Halbleiteremissionsdiode erkennt, sondern daß auch ein Kurzschluß oder eine Unterbrechung bei dem verwendeten Halbleiterstrahlungsempfänger gemeldet wird, so daß auf keinen Fall bei einem derartigen Fehler ein Fahrzeugstillstand vorgetäuscht wird.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist es möglich, in Verbindung mit der dargestellten Lichtschranke und der Zahnscheibe noch eine weitere Lichtschranke von derselben Zahnscheibe steuern zu lassen. Die zweite Lichtschranke wird gegenüber der ersten so angebracht, daß die beiden Halbleiterstrahlungsempfänger antivalente Signale liefern. Aus der Signalfolge kann in vorteilhafter Weise die Fahrtrichtung ermittelt werden.

5 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

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Q/ Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung auf Schienenfahrzeugen unter Verwendung eines mit einem Fahrzeugrad gekuppelten Teiles, das im Strahlengang zwischen einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsempfänger vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil in den Strahlengang einer Halbleiteremissionsdiode und eines Halbleiterstrahlungsempfängers eingefügt ist und daß das Teil bei mindestens zwei Stellungen im Halbleiterstrahlungsempfänger zwei sich unterscheidende und von Null verschiedene Strahlungsintensitäten erzeugt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil aus einem für die verwendete Strahlung teilweise durchlässigem Material (5 in Pig. 1 und 2) besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil aus mindestens zwei Reflektoren unterschiedlichen Reflexionsgrades besteht.
4. E inrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Halbleiteremissionsdiode (4) eine Stromversorgung (2) mit periodisch sich änderndem Strom vorgesehen ist (Fig. 1)·
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d adurch gekennzeichnet, daß das Teil zusätlich den Strahlengang einer weiteren Halbleiteremissionsdiode und eines zusätzlichen Kalbleiterstrahlungsempfängers zum Erzeugen von fahrrichtungsabhängigen Signalen steuert.

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