DE3046103A1

DE3046103A1 - Achssensor

Info

Publication number: DE3046103A1
Application number: DE19803046103
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7250 Leonberg Uebel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1980-12-06
Filing date: 1980-12-06
Publication date: 1982-06-09
Also published as: ATA511381A; ES507745A0; AT381284B; ES8300292A1; DE3046103C2; YU282381A; CA1186789A; US4469298A; YU40793B; ZA818303B

Description

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Achssensor

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie die Anordnung mehrerer solcher Sensoreinrichtungen an einem Gleis.

Obengenannte Sensoreinrichtungen werden als Achsdetektoren an Zähl punkten von Achszählanlagen eingesetzt. Sie müssen alle Achsen eines Schienenfahrzeuges sicher erkennen, auch wenn diese, wie z.B. in Drehgestellen, in kleinem Abstand voneinander angeordnet sind und das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt.

Bisher werden als Achsdetektoren vor allem magnetische Impulsgeber verwendet, welche die Veränderung eines Magnetkreises durch Einwirkung von Spurkränzen und Radreifen der Fahrzeugräder auswerten. Diese bekannten Impulsgeber werden in der Regel paarweise an beiden Schienen eines Gleises, um wenige Zentimeter gegeneinander versetzt angebracht, so daß bei Durchgang einer Achse zwei reit!ich gegeneinander versetzte Achsimpulse abgegeben werden, aus deren Reihenfolge zusätzlich die Bewegungsrichtung der Achse ermittelt wird, (siehe z.B. Aufsatz von G.Frech und K.Schmidt in „Signal und Draht" 59 (1967), Heft 11, Seite 165-174).

Die bekannten Achsdetektoren sind fest mit der Schiene verbunden. Dies hat zur Folge, daß Erschütterungen der Schiene, die sehr hohe Beschleunigungswerte erreichen können, auf den jeweiligen Achsdetektor übertragen werden. Dementsprechend aufwendig müssen Befestigungs- und Justageelemente ausgelegt sein, damit sichergestellt ist, daß keine Veränderung des Magnetkreises durch die mechanische Einwirkung erfolgt. Auch auf die im Achsdetektor befindlichen elektrischen Bauelemente können starke Erschütterungen schädigend wirken und zu Ausfällen führen, Schließlich ist ein magnetischer Achsdetektor empfindlich gegenüber Beeinflussungen durch von Fahrzeugen herabhängende Metallteile beispielsweise Magnetschienenbremsen, Um zu erreichen, daß ein solcher Achsdetektor auf jedes Rad sicher, auf Magnetschienenbremsen jedoch nicht reagiert, ist eine genaue elektrische Einstellung erforderlich, die auch nur dann eine

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fehlerfreie Funktion gewährleistet, wenn die Magnetschienenbremsen nicht zu weit auf die Schienen herabhängen.

Angesichts der unvermeidbaren Nachteile des magnetischen Achsdetektors ist es sinnvoll, nach einer Lösung für einen Achsdetektor zu suchen, der keine elektrischen Bauelemente unmittelbar an der Schiene enthält und der die Anwesenheit einer Achse anhand einer solchen charakteristischen Eigenschaft feststellt, die eine Magnetschienenbremse nicht aufweisen kann.

Eine solche Lösung stellt die Erfindung dar. Sie ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Anstelle der magnetischen Eigenschaften der Räder wertet die Sensoreinrichtung nach der Erfindung die Kurzschiußwirkung(Achskurzschluß) aus, die jede Achse auf die beiden Schienen eines Gleises ausübt. Damit weist sie eine gewisse Ähnlichkeit mit dem in anderem Zusammenhang bekannten Gleisstromkreis auf, bei dem die Kurzschlußwirkung von Achsen zur Abgabe einer Besetzungsmeldung für einen größeren Gleisabschnitt ausgewertet wird. Im Gegensatz zum Gleisstromkreis wirkt die erfindungsgemäße Einrichtung jedoch punktförmig und gibt Achszählimpulse aus. Auch in ihrem Schaltungsaufbau unterscheidet sie sich erheblich von bekannten Gleisstromkreisvarianten.

Wird bei der Sensoreinrichtung nach der Erfindung die aus dem Parallelstrompfad, dem vom Parallelstrompfad überbrückten Schienenstück und der Obertrager-Primärwicklung gebildete, zuvor bei Abwesenheit von Achsen abgeglichene Brükke, von einer Achse überrollt, so wird sie, sobald sich die Achse auf dem überbrückten Schienenstück befindet, verstimmt, da die Achse einen Nebenschluß für den in die Brücke eingespeisten Wechselstrom darstellt. Der dann über die Primärwicklung des Übertragers fließende Strom ist dabei ein Maß für den Grad der Verstimmung und induziert eine auswertbare Spannung in der Sekundärwicklung des Übertragers.

Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung ist, da alle in der Schiene fließenden Ströme die Brückenwiderstände, zumindest paarweise gleich stark beeinflussen, unempfindlich gegen Triebrückströme. Auch eine Änderung des Bettungs-

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Widerstandes ist praktisch ohne Einfluß, da der Bettungswiderstand auf beide Teile des überbrückten Schienenstückes etwa gleichermaßen einwirkt und überdies kaum niederohmig genug ist, um sich als Nebenschluß bemerkbar zu machen.

In den Ansprüchen 2 und 3 beschriebene Ausgestaltungen der Sensoreinrichtung nach der Erfindung betreffen die Brückenwiderstände im Parallelstrompfad, Diese können ohm'sche Widerstände oder Induktivitäten sein.

Besonders einfach ist es., ohm'sche Widerstände vorzusehen und diese durch einen gemeinsamen Draht zu realisieren, auf dem der Anschluß der Querverbindung zur Abstimmung der BrUcke verschiebbar angeordnet ist.

Bei Einsatz von Induktivitäten bietet sich eine angezapfte Drossel im Parallelstrompfad an. Bei Verwendung von Brückenwechselstrom genügend hoher Frequenz kommen auch Kapazitäten als Brückenwiderstände im Parallelstrompfad in Betracht.

Eine weitere Ausgestaltung der Einrichtung nach der Erfindung ist in Anspruch 4 angegeben, Sie ermöglicht eine Einspeisung des Brückenwechselstroms unter Einbeziehung der gegenüberliegenden Schiene ohne daß zusätzliche Kabel verlegt werden müssen. Die Einspeisungspunkte sind dabei gegeneinander versetzt, um einen Kurzschluß der Wechselstromquelle durch eine Achse zu vermeiden. Der Brückenstrom fließt hier über zum Ausgleich der Triebrückströme ohnehin vorhandene Schienenverbinder.

Eine in Anspruch 5 angegebene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung sieht zur Begrenzung der Reichweite der Wechselstromquelle solche Schienenverbinder unmittelbar vor und hinter der Sensoreinrichtung vor,

Die Ansprüche 6, 7 und 8 betreffen Anordnungen von zwei oder mehr Sensoreinrichtungen nach der Erfindung, in denen diese, wie dies auch von den magnetischen Impulsgebern her bekannt ist, gegeneinander versetzt im Gleis angeordnet sind und zeitlich gegeneinander versetzte Signale abgeben, aus

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deren Reihenfolge sich die Bewegungsrichtung einer Achse ermitteln läßt.

Anhand mehrerer Figuren sollen nun Ausführungsbeispiele der Sensoreinrichtung nach der Erfindung und verschiedener Anordnungen solcher Sensoreinrichtungen ausführlich beschrieben und ihre Wirkungsweise erklärt werden.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fiy.l: Zwei gegeneinander versetzt angeordnete Sensoreinrichtungen und den Verlauf der Signal spannungen,

Fig.2: Das Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig.3: Gegeneinander versetzt angeordnete Sensoreinrichtungen mit angezapften

Drosseln und Reichweitenbegrenzung.
Fig.4: Gegeneinander versetzt angeordnete Sensoreinrichtungen mit ohm¹sehen

Widerständen.
Fig.5: Zwei überlappend an einer Schiene angeordnete Sensoreinrichtungen nach der Erfindung.

In Fig.l sind dargestellt die beiden Schienen SCHI, SCH2 eines Gleises und eine darauf befindliche Achse A. Jeder Schiene ist eine Sensoreinrichtung zugeordnet. Diese besteht bei der Schiene SCHI aus einem Paral1 elstrompfad PSl, der von einem Schienenpunkt 1 über eine angezapfte Drossel ADl zu einem Schienenpunkt 3 führt, und einem übertrager UEl, dessen Primärwicklung mit der Anzapfung der Drossel ADl und mit der Schiene an einem etwa in der Mitte zwischen den beiden Schienenpunkten 1 und 3 gelegenen Schienenpunkt 2 verbunden ist. Die Anschlüsse der Sekundärwicklung des Übertragers führen zu einer in der Figur nicht dargestellten Auswerteschaltung. Die der Schiene SCH 2 zugeordnete Sensoreinrichtung ist völlig analog aus einem Parallelstrompfad PS 2 mit einer Drossel AD2 und einem übertrager UE 2 aufgebaut. Sie ist gegenüber der der Schiene SCH 1 zugeordneten Einrichtung versetzt angeordnet. Die Speisung der Sensoreinrichtungen erfolgt gemeinsam aus einer Wechsel stromquelle G, von deren Ausgangsanschlüssen einer mit dem Schienenpunkt 1 und ein zweiter mit dem entsprechenden Schienenpunkt 4 der der anderen Schiene zugeordneten Sensoreinrichtung verbunden ist. Der Wechselstrom fließt bei Abwesenheit von Achsen vom Schienenpunkt 1 ausgehend teils in einen links von der Stromquelle gelegenen Stromkreis - dieser umfaßt Teile

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beider Schienen und eine nicht dargestellte elektrische Verbindung zwischen beiden Schienen - teils in einen rechts von der Stromquelle gelegenen Stromkreis. Letzterer enthält beide Sensoreinrichtungen, Teile der Schienen und eine nicht dargestellte elektrisch leitende Verbindung zwischen beiden Schienen außerhalb des Bereichs der Sensoreinrichtungen. Der durch die Sensoreinrichtungen fließende Strom teilt sich im Bereich jeder Sensoreinrichtung in einen in der Schiene verbleibenden Teil und einen durch den Parallelstrompfad fließenden Teil auf. Wird z.B. bei der der Schiene SCHI zugeordneten Sensoreinrichtung die Primärwicklung des Übertragers UEl so an die Schiene angeschlossen, daß das Verhältnis der Widerstände der beiderseits der Anzapfung der Drossel ADl gelegenen Teile des Parallelstrompfades gleich ist dem Verhältnis der Widerstände der Schienenstücke vom Schienenpunkt 1 zum Schienenpunkt 2 und vom Schienenpunkt 2. zum Schienenpunkt 3, so bilden die genannten Widerstände eine abgeglichene Brücke, deren eine Diagonale die im abgeglichenen Zustand stromlose Primärwicklung des Übertragers UEl darstellt. Bei Strom!osigkeit der Primärwicklung liefert die Sekundärwicklung des Übertragers das Signal Null.

Bewegt sich eine elektrisch leitende Achse beispielsweise von links nach rechts durch die Bereiche der Sensoreinrichtungen, so bildet diese, sobald sie den Einspeisepunkt, Schienenpunkt 1, überschreitet, einen elektrischen Nebenschluß zu einem der Brückenwiderstände. Sie beeinflußt zunächst die der Schiene SCH 1 zugeordnete und nach Oberschreiten des Schienenpunktes 2 auch die der Schiene SCH 2 zugeordnete Sensoreinrichtung indem sie die abgeglichenen Brücken nacheinander verstimmt. Die Verstimmung bewirkt Stromflüsse durch die Primärwicklungen der Übertrager UEl und UE2, die wiederum Wechsel Spannungen Ul, U2 an den Ausgängen der Sekundärwicklungen erzeugen.

Wie der in der Figur aufgetragene Verlauf der an den Sekundärwicklungen anstehenden und den Grad der Beeinflussung anzeigenden Wechsel spannungen Ul, U2 in Abhängigkeit vom Ort der Achse zeigt, besteht die stärkste Beeinflussung, wenn sich die Achse auf lliihe des Anschlußpunktes der Übertrager-Primärwicklung an der Schiene befindet. Nach beiden Seiten hin nimmt die Beeinflussung linear ab.

.BAD ORVSiNAL ■/■

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Fig.2 zeigt das Ersatzschaltbild einer Sensoreinrichtung mit ohm'schen Widerständen R im Parallelstrompfad. Die Widerstände R im Parallelstrompfad sind hier gleich und bilden zwei der Briickenwiderstände. Die beiden anderen Brückenwiderstände RsI, Rs2 sind die Widerstände der rechts und links vom Anschlußpunkt der Übertrager-Primärwicklung an der Schiene gelegenen Schienenstücke. Die Wechselstromquelle gibt eine Spannung Uo ab und besitzt einen Innenwiderstand Ri. Die Widerstände der außerhalb des Bereichs dtr Sensoreinrichtung gelegenen Schienenteile und Schienenverbinder sind als Gleiswiderstände R~, und R^₂ im Ersatzschaltbild berücksichtigt. Der Achswiderstand ist durch einen ohm'schen Widerstand R» dargestellt, dessen einer Anschluß wie der Schleifkontakt eines Potentiometers über die miteinander verbundenen Widerstände Rc-, und Rco hinweggeführt wird und den Nfbenschluß zur gegenüberliegenden Schiene herstellt. Es ist aus dem Schaltbild klar zu erkennen, daß eine Veränderung des Brückenstromes Is etwa durch Triebstromeinflüsse keine Auswirkungen auf den Brückenabgleich haben kann. Der Achswiderstand R_ft jedoch bewirkt, daß im Widerstand R₅₁ ein größerer S-rom fließt als im Widerstand R₅₂, wodurch die Brücke verstimmt wird.Es f'ießt dann Strom über die Brückendiagonale, die Primärwicklung des Übertragers UE. An der Sekundärwicklung steht dann eine Wechselspannung U an.

F ig.J und Fig.4 zeigen Anordnungsvarianten von Sensoreinrichtungen nach d^r Erfindung. Die Anordnung in Fig.3 unterscheidet sich dabei von der in Fig.l durch die Wahl der Einspeisepunkte für den Wechselstrom und durch zwei Schienenverbinder SVl und SV2, die in unmittelbarer Nähe der Sensoreinrichtungen verlegt sind und eine Reichweitenbegrenzung für den Wechselstrom darstellen. Die Einspeisung erfolgt hier derart, daß eine der Sensoreinrichtungen im links der Wechselstromquelle gelegenen Stromkreis und eine im rechts der Wechsel stromquelle gelegenen Stromkreis angeordnet ist. Dies ergibt eine bessere Symmetrie der beiden Stromkreise und damit eine gleichmäßigere Ausnutzung der aus der Wechselstromquelle entnehmbaren Leistung.

Fig.4 zeigt eine Anordnung von Sensoreinrichtungen mit ohm'schen Widerständen i:n Pardl lolstrompf<id. Die Lin speisung erfolgt hier an den voneinander entferntesten Punkten der beiden Sensoreinrichtungen. Diese Art der Einspeisung

BAD ORIGINAL

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setzt den Einfluß von zu einer beeinflussenden Achse benachbarten Achsen herab, da durch diese Achsen gebildete, die Wechselstromquelle belastende Parallel Stromkreise hochohmiger werden.

In Fig.5, schließlich, ist eine Anordnung von zwei Sensoreinrichtungen dargestellt, die beide einer Schiene zugeordnet sind und sich gegenseitig überlappen. Die Brückenwiderstände der ersten Sensoreinrichtung bilden dabei die beiden mit Rl bezeichneten Widerstände und die Widerstände der zwischen den Schienenpunkten 7 und 8 und den Schienenpunkten 8 und 9 gelegenen Schienenstücke. Die Brlickenwiderstände der zweiten Sensoreinrichtung bilden die mit R2 bezeichneten Widerstände und die Widerstände der Schienensfücke zwischen den Punkten 8 und 9 und den Punkten 9 und 10. Durch die Doppel ausnutzung des Schienenstuckes zwischen den Punkten 8 und 9 werden zwei Schienenanschlüsse eingespart. Zudem wird, da die Schienenanschlüsse bis auf einen, alle auf einer Seite des Gleises liegen, die Zahl der für Gleisbauarbeiten hinderlichen Anschlußkabel im Gleis reduziert.

Die Auswertung der Signal spannungen geschieht in einer Auswerteschaltung in bekannter Weise, indem die jeweilige Signal spannung mit einer Schwellenspannung (Uo in Fig.l) verglichen wird. Bei überschreiten der Schwellenspannung wird ein Anwesenheitsimpuls für eine Achse abgegeben. Die Reihenfolge der Anwesenheitsimpulse wird in einer einfachen logischen Schaltung als Richtungskriterium ausgewertet. Besonders zuverlässig arbeitet die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung, wenn die Signale vor Verarbeitung einer phasenrichtigen Gleichrichtung unterzogen werden. Auch kann es zweckmäßig sein, im unbeeinflußten Zustand der Sensoreinrichtung anstatt eines Nullsignals eine definierte Ruhespannung mit zur Phasenlage der Signal spannung gleicher oder entgegengesetzter Phasenlage zu haben. Dies kann durch eine absichtliche geringe Verstimmung der Brücke erreicht werden.

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Claims

STANDARD ELEKTRIK LORENZ
AKTIENGESELLSCHAFT

Stuttgart

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Patentansprüche:

Sensoreinrichtung zum Feststellen der Anwesenheit einer einzelnen Achse eines Schienenfahrzeuges in einem eng begrenzten Gleisbereich, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gleisbereichs zu einer Schiene (SCHI, SCH2) ein ParalIeIstrompfad (PSl, PS2) eingerichtet ist, dessen beide Endenmit der Schiene verbunden sind, daß vom Paral1 elstrompfad über die Primärwicklung eines Übertragers (UEl, UE2) eine elektrische Querverbindung zu dem vom ParalIeIstrompfad überbrückten Schienenstück besteht, derart, daß die zu beiden Seiten der Querverbindung gelegenen Teile des Paral1 elstrompfades und des überbrückten Schienenstücks mit ihren elektrischen Widerständen die Schaltung einer Brücke bilden, deren eine Diagonale die Querverbindung darstellt, daß die zweite Diagonale der Brücke mit einer Wechsel stromquelle (G) verbunden ist, die einen Wechselstrom vorgegebener Frequenz in die Brücke einspeist, daß die Wechselstromquelle auch mit der dem überbrückten Schienenstück gegenüberliegenden Schiene verbunden ist, und daß ein bei verstimmter Brücke an der Sekundärwicklung des Übertragers (UEl, UE2) anstehendes Wechsel Spannungssignal (Ul, U2) als Anwesenheitskriterium für eine Achse ausgewertet und hierzu einer Auswerteschaltung zugeführt wird.
2.) Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelstrompfad zwei in Reihe geschaltete ohmsche Widerstände (R) enthält und daß der Anschluß der Querverbindung am Parallelstrompfad zwischen beiden Widerständen liegt.

ZT/Pl-P/Chr

Stuttgart, 1. Dezember 1980 ORIGINAL INSPECTED

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3.) Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelstrompfad eine angezapfte Drossel (ADl, AD2) enthält und daß die Querverbindung an der Anzapfung der Drossel angeschlossen ist.
4.) Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3_S dadurch gekennzeichnet, daß die Wechsel stromquelle (G) an beide Schienen angeschlossen ist, wobei die beiden Anschlußpunkte gegeneinander versetzt sind.
5.) Sensoreinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des Gleisbereiches Schienenverbinder (SVl, SV2) angeordnet sind,
6.) Anordnung von mehreren Sensoreinrichtungen nach einem der vorstehenden Ansprüche, zur zusätzlichen Bestimmung der Bewegungsrichtung einer einzelnen Achse eines Schienenfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Sensoreinrichtungen an beiden Schienen gegeneinander versetzt angeordnet sind und daß die Auswerteschaltung zusätzlich die Reihenfolge der von den Sensoreinrichtungen abgegebenen Signale als Richtungskriterium auswertet.
7.) Anordnung von mehreren Sensoreinrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur zusätzlichen Bestimmung der Bewegungsrichtung einer einzelnen Achse eines Schienenfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei dieser Sensoreinrichtungen an einer Schiene hintereinander angeordnet sind und daß die Auswerteschaltung zusätzlich die Reihenfolge der von den Sensoreinrichtungen abgegebenen Signale als Richtungskriterium auswertet.
8.) Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtungen einander teilweise überlappend angeordnet sind.