DE2250409B2

DE2250409B2 - Ultraschall-Schienenkontakteinrichtung in Eisenbahnsicherungsanlagen, insbesondere für Achszähleinrichtungen

Info

Publication number: DE2250409B2
Application number: DE19722250409
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Krahn; Heinzfred Dipl.-Ing. Mantel; Kurt Vogelgsang
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1972-10-13
Filing date: 1972-10-13
Publication date: 1980-01-31
Also published as: ES419561A1; DE2250409A1; DE2250409C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schienenkontaktcinrichtung in Eisenbahnsicherungsanlagen, insbesondere für Achszähleinrichtungen, bei der die Schallübertragung von einem Uliraschallsender zu einem Ultraschallempfänger durch vorbeirollende Ränder beeinflußt wird.

Schienenkontakie stellen die Anwesenheit von Schienenfahrzeugen an bestimmten Überwachungsstellen der Gleise fest, indem durch das Vorbeilaufen der zu den Schienenfahrzeugen gehörenden Achsen an den betreffenden Stellen die Schienenkontakte durch Radteile beeinflußt werden. Die Beeinflussungen werden in den Schienenkontakteinrichtungen in elektrische Kennzeichen, in sogenannte Achsimpulse, umgewandelt und zu Auswerteeinrichlungen weitergeleitet.

Eine solche Auswerteeinrichtung kann beispielsweise eine Achszähleinrichtung sein, mit der ein durch Schienenkontakte begrenzter Gleisabschnitt auf seinen Frei- und Besetzlzustand überwacht wird.

Für diesen Anwendungsfall sind magnetische Schienenkontakteinrichtungen bekannt, bei denen durch Dauermagnete bzw. Elektromagnete erzeugte Felder oder durch mit Wechselstrom erregte Magnetfelder von den einwirkenden Rädern beeinflußt werden. Diese Beeinflussungen werden dann in Achsimpulse umgewandelt und den Schienenkontakten nachgeschalteten Achszähleinrichtungen als »einfahrende Achsen« bzw. als »ausfahrende Achsen« zugeleitet

to Diese bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß durch magnetische Störfelder, die beispielsweise durch in den Schienen fließende Triebströme erzeugt werden können, von diesen Schienenkontakteinrichtungen zusätzliche Achsimpulse abgegeben werden, die durch ihre Einwirkung auf die Achszähleinrichtungen den Betriebsablauf behindern bzw. den Fahrbetrieb gefährden können, indem ein freier Gleisabschnitt besetzt bzw. ein besetztes Gleis freigemeldet wird.

Um Fehlzählungen durch magnetische Stöh eider zu

vermeiden, werden bei einer bekannten Einrichtung zur Achszählung im Eisenbahnsicherungswesen (DE-OS Ί5 30 463) ein uitraschaiisender und ein uitraschaliempfänger so am Gleis angeordnet, daß das Rad einer sich vorbeibewegenden Achse den Schallübertragungs weg unterbricht

Diese bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil, da die Schallübertragung oberhalb der Schienenköpfe erfolgt, daß durch an den Fahrzeugen herabhängende Teile zusätzliche Achsimpulse erzeugt werden können, die die Zählergebnisse in den nachgeschalteten Achszähleinrichtungen verfälschen.

Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Schienenkontakteinrichtungen zu beseitigen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

J5 Schienenkontakteinrichtung zu erstellen, die unempfindlich gegen magnetische Störfelder ist und bei der außerhalb der Schiene, im Überwachungsbereich des Schienenkontaktes sich bewegende Teile die Einrichtung nicht beeinflussen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsge,:i?O dadurch gelöst, daß der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger derartig im Bereich des Schienenkopfes einer Schiene angeordnet sind, daß die Schallübertragung vom Sender zum Empfänger innerhalb des Schienen kopfes erfolgt.

In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger in einem derartigen Winkel zur Lauffläche des Schienenkopfes angeordnet werden, daß die zum Empfänger

vt übertragenen Schallwellen an der Lauffläche der Schiene (Grenzfläche zwischen Metall und Luft) reflektiert werden.

Es kann auch zweckmäßig sein, die Frequenz des von dem Ultraschallsender abgestrahlten Ultraschalls so zu

v, wählen, daß sich im Schienenkopf stehende Wellen ausbilden.

Bei einer solchen Ausführung wird eine Einrichtung mit kleinen Abmessungen und geringen Gewicht dann erreicht, wenn die Ultraschall-Sendeeinrichtung auch

no als Empfangseinrichtung verwendet wird.

In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung können der Ultraschallsender und der Empfänger am Schienensteg im Bereich zwischen Schienenkopf und Schienenfuß bzw. die Schallköpfe des Ultraschallsenders und des

μ Empfängers in Ausnehmungen des Schienenkopfes von der an den Schienensteg anschließenden Fläche her angeordnet werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, um kleine Abmessungen

der Schienenkontakteinriduung zu erreichen, zur Abgabe und zur Aufnahme der Ultraschallenergie piezoelektrische Vorrichtungen zu verwenden.

Die Erfindung sei anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert In den Zeichnungen sind nur die Teile der Einrichtung aufgenommen, die für das Verständnis der Erfindung unbedingt erforderlich sind. Es zeigt

F i g. 1 einen möglichen Schallübertragungsweg vom Ultraschallsend Jr zum Empfänger und

F i g. 2 und 3 verschiedene Anordnungsbeispiele der Sende- und Empfangseinrichtungen an einer Schiene.

In F i g. 1 ist von einer Schiene lediglich der Schienenkopf SK dargestellt, an dem der Ultraschallsender 5 und der Ultraschallempfänger fbeispielsweise is so in der Längsrichtung der Schiene angeordnet sind, daß der von dem SenderS abgestrahlte Ultraschall den in der Pfeilrichtung angegebenen Weg zur Lauffläche SL des Schienenkopfes SK durchläuft an der Grenzfläche zwischen Metall und Luft reflektiert und vom Empfänger ^aufgenommen wird.

Wird die Lauffläche SL des Sehienenkopfes SK an der Reflexionsstelle von einem Rad R überrollt, io ändert sich die Schalldurchlässigkeit der Schiene an der Reflexionsstelle. Ein Teil der Ultraschallenergie tritt in das Rad R ein und die bei unbeeinflußtem Zustand im Ultraschallempfänger E aufgenommene Ultraschallenergie wird um diesen in das Rad eintretenden Teil verringert. Diese Änderungen der an den Empfänger E abgegebenen Ultraschallenergie wird in der Empfangs- jo einrichtung in Kennzeichen für an der Überwachungsstelle vorbeirollende Fahrzeugachsen umgewandelt. Bei diesem Verfahren arbeitet der Ultraschallsender im Dauerbetrieb.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann auch nach r> dem Echolotverfahren betrieben werden, wobei die Veränderung des Ultraschallechos an der Reflexionsstelle des Sehienenkopfes beim Überrollen eines Rades in Kennzeichen für die Anwesenheit der Farhzeugachse umgewandelt wird. Der Ultraschallsender arbeitet to hierbei im Ir.ipulsbetrieb. Die Impulsfolge ist so hoch zu wählen, daß bei der kürzesten Einwirkdauer eines vorbeirollenden Rades noch eine sichere Auswertung möglich ist.

Bei dem Echolotverfahren ist es möglich, die 4¹» Fahrrichtung und die Fahrtgeschwindigkeit eines sicn über die überwachungssteile bewegenden Fahrzeuges durch die zeitliche Änderung der Echoimpulse infolge der Radgeschwindigkeit bzw. durch den Doppler-Effekt zu ermitteln. so

Weiterhin kann bei ate erfindungsgemäßen Einrichtung ein Resonenzverfahren verwendet werden, bei dem die Frequenz des von dem Ultraschallsender abgestrahlten Ultraschalls so gewählt wird, daß sich im Schienenkopf stehende Wellen ausbilden, wobei es π vorteilhaft ist, diesen Zustand bei nicht befahrener Überwachungsstelle zu verwenden. Die stehenden Wellen bilden sich bei entsprechenden Längen des Ultraschallweges aus, der dann beim Überrollen eines Rades verändert wird.

Bei der Verwendung dieses Verfahrens ist es vorteilhaft den Ultraschallsender und den Ultraschallempfänger nach F i g. 3 beispielsweise am Schienensteg SS im Bereich zwischen dem Schienenkopf SK und dem Schienenfuß SF anzuordnen. Hierbei kann als Sender S1 und als Empfänger E1 eine gemeinsame Sende- und Empfangseinrichtung verwendet werden. Als Kriterium für ein vorbeirollendes Rad wird dann die Größe der abgegebenen Leistung des Ultraschallsenders benützt, in dem durch die Empfangseinrichtung die Änderungen der abgegebenen Leistung festgestellt wird. Die Änderungen werden dadurch bewirkt daß die abgegebene Leistung des Ultraschallsenders beim Einwirken eines Rades ansteigt da durch die Veränderungen des Ultraschallweges die Resonanzbedingungen für die Ultraschallübertragung gestört werden.

Weiterhin ist es möglich, die Änderung der Materialstruktur der Schiene durch den Druct des Rades auf die Schiene zur Einwirkung auf die zum Empfänger hin übertragene Ultraschallenergie zu verwenden, da die Strukturveränderungen des Schienenkopfes die Laufzeit- und Reflexionsbedingungen für den Ultraschall beeinflussen. Diese Beeinflussung des vom Empfänger aufgenommenen Ultraschalls wird als Kriterium für das Überfahren der Überwachungsstelle ausgewertet.

In Fig.2 ist eine weitere mögliche Anordnung vor. Ultraschallsender Sund Empfänger Ezn einer Schiene SE dargestellt. Bei dieser Anordnung sind Ausnehmungen A 1 und A 2 in dem Schienenkopf SK von den an den Schienensteg SS anschließenden Flächen her angeordnet in die nur die Schallköfpe des Ultraschallsenders bzw. des Ultraschallempfängers eingebracht werden. Die Ausnehmungen A 1 und A 2 bzw. die Flächen zwischen den Schallköpfen und der Schall-Eintritts- bzw. Austrittsfläche im Schienenkopf sind so ausgebildet daß der von dem Sender zu dem Empfänger übertragene Ultraschall an der Lauffläche der Schiene reflektiert wird.

Bi entsprechenden Anordnungen der Aussparungen können Sender und Empfänger auf ein und derselben Seite des Schienensteges im Schienenkopf angeordnet sein.

Weiterhin ist es vorteilhaft, von den Sende- und den Empfangseinrichtungen nur die Sender und die Empfänger am Schienenprofil zu befestigen und die elektrische Versorgung bzw. die Empfangseinrichtung der Ultraschallköpfe in Gleisanschlußkästen unterzubringen.

Da beim Befahren der Gleise wesentliche Erschütterungen an den Schienen auftreten, werden zur Abgabe untl zur Aufnahme der Ultraschallenergie piezoelektrische Vorrichtungen verwendet, die es ermöglichen, die Aomessungen und das Gewicht der an der Schiene angeordneten Schienenkontaktteile klein bzw. gering zu halten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Schienenkontakteinrichtung in Eisenbahnsicherungsanlagen, insbesondere für Achszähleinrichtungen, bei der die Schallübertragung von einem Ultraschallsender zu einem Ultraschallempfänger durch vorbeirollende Räder beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (S, F i g. 1 und 2) und der Ultraschallempfänger (E) derartig im Bereich des Schienenkopfes (SK) einer Schiene angeordnet sind, daß die Schallübertragung vom Sender (S) zum Empfänger (E) innerhalb des Schienenkopfes (SK) erfolgt

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (S, F i g. 2) und der Ultraschallempfänger (E) in einem derartigen Winkel zur Lauffläche (SL) des Schienenkopfs (SK) angeordnet sind, daß die zum Empfänger (E) übertragenen Schallwellen an der Lauffläche (SL) der Schieoe (SE) (Grenzfläche zwischen Metall und Luft) reflektiert werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des von dem Ultraschallsenders (Si, Fig.3) abgestrahlten Ultraschalls so gewählt wird, daß sich im Schienenkopf (SK) stehende Wellen ausbilden.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Sendeeinrichtung auch als Empfangseinrichtung verwendet wird.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2,3 oder 4, dadurch g.kennzeichnet, daß die Schallköpfe des Ultraschallsenders (S, F i g. 2} und dem Empfängers (E) in Ausnehmungen (A 1 und A 2) des Schienenkopfes (SK) von der ar. den Schienensteg (SS) anschließenden Fläche her angeordnet sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender (Sl, Fig.3) und der Empfänger (EX) am Schienensteg (SS) im Bereich zwischen Schienenkopf (SK)\sna Schienenfuß (SF)angeordnet sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abgabe und zv Aufnahme der Ultraschallenergie piezoelektrische Vorrichtungen verwendet werden.