EP0340660B1 - Einrichtung an Gleiswegen zur Erzeugung von Anwesenheitskriterien von schienengebundenen Rädern - Google Patents

Einrichtung an Gleiswegen zur Erzeugung von Anwesenheitskriterien von schienengebundenen Rädern Download PDF

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EP0340660B1
EP0340660B1 EP19890107752 EP89107752A EP0340660B1 EP 0340660 B1 EP0340660 B1 EP 0340660B1 EP 19890107752 EP19890107752 EP 19890107752 EP 89107752 A EP89107752 A EP 89107752A EP 0340660 B1 EP0340660 B1 EP 0340660B1
Authority
EP
European Patent Office
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rail
transmitting coil
wheel
receiving coils
axis
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP19890107752
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English (en)
French (fr)
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EP0340660A2 (de
EP0340660A3 (en
Inventor
Josef Frauscher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ING JOSEF FRAUSCHER Hydraulik und Sensortechnik
Original Assignee
ING JOSEF FRAUSCHER Hydraulik und Sensortechnik
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Publication date
Application filed by ING JOSEF FRAUSCHER Hydraulik und Sensortechnik filed Critical ING JOSEF FRAUSCHER Hydraulik und Sensortechnik
Publication of EP0340660A2 publication Critical patent/EP0340660A2/de
Publication of EP0340660A3 publication Critical patent/EP0340660A3/de
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Publication of EP0340660B1 publication Critical patent/EP0340660B1/de
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/16Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
    • B61L1/163Detection devices
    • B61L1/165Electrical

Definitions

  • the invention relates to a device for generating presence criteria of rail-bound wheels for attachment to track paths, consisting of a coil system which can preferably be mounted on the inside of the track with an AC-powered transmitter coil, via which voltages can be induced in two receiver coils assigned to the transmitter coil and their induction field via an im Monitoring area located wheel, in particular whose wheel rim is changeable in shape, so that the voltages induced in the receiver coils change compared to the idle state.
  • a device for actuating relays or axle counting devices in which the transmitter and receiver coils are attached to a T-shaped iron core, these transmitter coils on the vertical bar of the core and the two secondary coils on the two horizontal core beams sit and are connected against each other.
  • One horizontal core beam encloses an air gap with the rail, the other horizontal core beam that points away from the rail includes an air gap with a preferably adjustable piece of soft iron, and the soft iron piece, the T-core and the rail are through a soft iron foot magnetically connected.
  • the air gap between the piece of soft iron and the associated horizontal core beam is adjusted so that in the idle state the voltages induced in the mutually connected windings cancel each other, whereas when a wheel rim passes through the other T-beam and the rail, the balance is disturbed and an induction current flows, which can be used for relay actuation.
  • a vehicle-operated device for generating presence criteria is known, which is not necessarily operated by wheels and therefore does not have to be arranged in the immediate vicinity of the rail.
  • Transmit and receive coils are used on ferrite cores, one transmitter coil each on a core and two receiver coils on both sides of the core on a common yoke arranged at right angles to and connected to it, so that the magnetic flux generated by the transmitter coil in two partial feet is split, which flow through the receiving coils, so that the induced voltages in the unactuated state cancel each other out in terms of size and phase position.
  • two systems are again arranged one behind the other in the direction of movement.
  • DE-OS 1 516 589 discloses a device with two transmitting coils through which current flows in opposite directions, the magnetic flux of which flows through one or two receiving coils, which are located on a magnetic core common to the transmitting coils.
  • the two opposing magnetic fluxes rise in this arrangement in the idle state, so that no voltage is induced in the receiving coil (s) until the flow balance is disturbed by the presence of a metal object.
  • the device according to the invention differs from the known devices in that the transmitter coil designed as a bar coil is arranged in the longitudinal direction of the rail and is accommodated with the receiver coils in a common housing and the receiver coils are free of ferromagnetic connections to the transmitter coil while maintaining distances from their longitudinal ends and their axes opposite with respect to the central axis running perpendicular to the axis of the transmitter coil, with axes inclined to the axis of the transmitter coil, preferably approximately at right angles, which are to be directed against the passage area of the wheel or wheel rim, and their induction voltages can be fed to separate inputs of a monitoring circuit .
  • the design according to the invention achieves a directional sensitivity of the entire coil system, the voltages induced in the receiver coils always being greater than zero and being the same size if the device is properly arranged on the rail.
  • the flooding of the Receiver coils change with the presence or the entry of objects with a damping effect into the effective range of the receiver coils, objects present or entering both above and below the receiver coils influencing the induced voltage.
  • the side that is closer to the transmitter coil is assumed to be the underside of the receiver coils. If there is a damping or damping object underneath the receiver coils, the induction field is deflected due to the asymmetrical arrangement of the receiver coils to the transmitter coil so that the magnetic induction in the receiver coils and thus the induction voltage increases.
  • a damping object above the receiver coils deflects the magnetic field in the sense that the magnetic induction in the receiver coils and thus the induction voltage is reduced.
  • some of the field lines of the transmitter coil intersect the receiver coils at a certain angle, as a result of which a voltage is induced in the receiver coils.
  • Damping objects change the field density and the angle at which the field lines intersect the receiver coils.
  • the term "effective range" is used below. This effective range is to be understood as the distance of a damping object with a defined minimum size from the transmitter coil, which results in an output signal change that is greater than signal changes caused by interference, e.g. B. due to temperature, may occur.
  • the effective range depends on the size of the coils, the quality of the receiver coils and the geometric position of the receiver coils with respect to the transmitter coil.
  • the axes of the receiver coils and the axis of the transmitter coil are preferably in a common plane.
  • the device is advantageous on the rail with parallel to the axis of the transmitter coil and extending at a distance from this with the receiver coils mounted on the one hand past the rail head directed towards the passage area of the wheel rim and on the other hand running through the rail foot.
  • the rail foot acts as a damping object below the receiver coils.
  • the damping via the rail foot is also a measure of the correct arrangement of the device according to the invention on the rail. If the device is mounted with receiver coils arranged above the transmitter coil and arranged in the manner described above, the induction voltage of the receiver coils reaches its maximum value in the idle state. If the device is attached closer to the rail, the rail head acts as a damping object in the effective range of the receiver coils and also reduces the induction voltage in the idle state. The passage of a wheel rim through the effective area leads to a characteristic change in the induction voltage.
  • the voltages induced in the two receiver coils, or the analog output signals of the device obtained from them, are not linked to one another, but rather are fed to separate inputs of a preferably external monitoring circuit and, if necessary, converted there into digital signals during processing.
  • the variables subsequently referred to as output signals not only contain information about the instantaneous value of the induction voltages, but also allow a mutual comparison. Such a possibility of comparing the mutually independent output signals is of essential importance in order to increase the signal safety with regard to component and transmission errors. It is also possible to use the signals to monitor and adjust the correct position of the device on the rail.
  • a change in the angle around the vertical central axis means that the rail foot only has a partial damping effect on the underside of the receiver coil which is further away from the rail web. Different output signals therefore occur at the two coils.
  • the two receiver coils receive different distances from the rail base, which in turn leads to different output signals.
  • a rotation of the device about the horizontal, parallel to the rail longitudinal axis causes, when the receiver coils are inclined to the rail head, that the rail head enters the effective area above the receiver coils and the rail foot exits the effective area below the receiver coils. This leads to a reduction in the output signals compared to the size that occurs with correct positioning. If the receiver coils are inclined away from the rail head, the rail web enters the effective area below the receiver coils and, because of its larger area and the reduced distance from the coils, causes a greater damping of the underside of the coil, so that the signals increase compared to the normal position.
  • different evaluations can be carried out in the monitoring circuit by comparing the signals with one another or with stored levels. For example, if there is signal equality in the range of a predetermined response level, a signal characterizing the wheel passage over the center of the device can be generated.
  • the housing is mounted on a sample rail that has the same profile as the track rails at the intended place of use.
  • the transmitter coil is excited and the housing is aligned until the induction voltages on the two receiver coils reach a predetermined height range and are equal to one another.
  • a fastening device serving for the final assembly at the place of use is adjusted or manufactured with mounts that fit on the rail and housing.
  • a device according to the invention is attached to the rails 1 to 3.
  • a transmitter coil S and two receiver coils E1 and E2 are mounted in a common mounting housing, not shown.
  • the coils S, E1 and E2 form a coil system which is attached with the longitudinal axis LS of the transmitter coil parallel to the rail 1 to 3 , the center axes A1 and A2 of the receiver coils being arranged perpendicular to the axis LS and intersecting this axis outside the coil S.
  • the coils E1, E2 are arranged at a distance d from the axis LS and at a distance a from the top of the rail head 1.
  • the coil S has a length e.
  • the distance between the axes A1, A2 was designated c.
  • the vertical central axis of the coil system was designated HS.
  • the axes HS, A1, A2 lie at a distance b from the central axis M of the rails 1 to 3.
  • An oscillator O connected to a supply voltage Uv feeds the transmitting coil S with alternating current, so that an alternating magnetic field with the typical field line course around the coil S Rod coil is created.
  • Some of the field lines L intersect the receiver coils at a defined angle, so that induction voltages occur in the receiver coils E1, E2 and are converted into output signals U1, U2 in assigned demodulators D1, D2.
  • the coils S, E1, E2 are firmly anchored in the common housing (not shown) and are free from one another of ferromagnetic connections.
  • the coil axes A1, A2 are directed at the rail foot 3, which is therefore located as a damping metal surface in the effective area under the receiver coils E1, E2.
  • the axes A1, A2 run past the rail head 1 in the exemplary embodiment and when arranged correctly and are directed against the possible passage area of the wheel rim 5. As long as there is no wheel 4 in the effective range, the greatest possible output signals U1, U2 occur in the arrangement shown. If a wheel 4 with its wheel flange 5 enters the effective area above the receiver coils E1, E2, it causes a reduction in the output signals U1, U2 as a damping metal object.
  • FIG. 3 shows the course of the output signals U1, U2 at correct arrangement of the device on the rail illustrated during the passage of a wheel 4 with flange 5.
  • the path W is understood to mean the path traveled from the center of the axis, with a movement from left to right being assumed with reference to FIG. 1.
  • the coil axes A1 and A2 were equated with the center lines of these coils.
  • An arriving wheel enters the effective area above the receiving coil E1 with its wheel flange at point F1.
  • the output signal U1 decreases until the center of the axis is above the center of the coil, that is to A1, and then increases again from the minimum that occurs here to the exit area F2 of the flange 5 from the effective area of the coil E1.
  • the entry point of the wheel rim into the effective area was designated as F3 and the exit point as F4.
  • the signal U2 reaches its minimum when the axis center passes through A2.
  • the signal trains U1, U2 are shifted from each other by the distance c.
  • the axis of the wheel is at the intersection F5 of the two signals U1, U2 exactly in the middle above the receiver coils E1 and E2 and thus on the axis HS.
  • the signal intersection F5 can be detected in an external evaluation circuit, so that an exact location of the wheel center is possible, for example, for exact speed measurements or for hot runner location.
  • the analog output signals U1 and U2 can be processed into digital signals or switching information.
  • comparator circuits can be provided which carry out both a relative comparison of the output signals U1 and U2 and an absolute comparison of U1 and U2 with one or more internal signal levels.
  • Such a comparison level is indicated by Up in FIG. 3.
  • B can be used for direction-dependent axle counting.
  • the comparison level Up can also be used if it is desired to determine whether the receiver coils E1 and E2 are correctly installed, assuming that, when correctly installed, Uo must be greater than Up. Further comparison levels and the relative comparison of the output signals U1 and U2 lead to information about the type and size of an incorrect mounting of the device according to the invention on the rail, about cable errors, etc.
  • the signals according to the invention can also be used to determine the wheel diameter. It was found that the signals U1 and U2 change in their course depending on the wheel diameter, so that clear statements about this wheel diameter can be obtained by appropriate evaluation of the signals.
  • One way of determining the wheel diameter is to record the peak value of the minima of the signals U1 and U2 as well as Uo and the signal value at the intersection F5 of the signals U1 and U2.
  • the ratio of the signal difference Uo - peak value to the signal difference Uo - signal value in F5 results in a parameter inversely proportional to the wheel diameter. With smaller wheels, the signal value at F5 is closer to Uo than with larger wheels.
  • the device according to the invention enables a high level of signal security.
  • the device can be cyclically tested for functionality and correct installation.
  • the intensity of the alternating magnetic field of the transmitter coil can be changed compared to the normal state, for example as a function of an external test signal Height-changed output signals U1 and U2 are compared with assigned setpoints, for example comparison level Up, so that reaction signals are generated which allow a statement about the operational readiness of the device according to the invention, including the assigned peripheral devices (e.g. cable path and comparator modules).
  • the supply voltage Uv of the oscillator could be changed to one or more test values if the power output of the oscillator is voltage-dependent.

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  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Anwesenheitskriterien von schienengebundenen Rädern zum Anbringen an Gleiswegen, bestehend aus einem vorzugsweise an der Schieneninnenseite des Gleises montierbaren Spulensystem mit einer wechselstromgespeisten Sendespule, über die in zwei der Sendespule zugeordneten Empfängerspulen Spannungen induzierbar sind und deren Induktionsfeld über ein im Überwachungsbereich befindliches Rad, insbesondere dessen Radkranz in seiner Form veränderbar ist, so daß sich die in den Empfängerspulen induzierten Spannungen gegenüber dem Ruhezustand ändern.
  • Bekannte Einrichtungen dieser Art, die auch als Radsensoren oder Schienenkontakte bezeichnet werden, finden ihren Einsatz für verschiedenste Anwendungen in der Eisenbahnsignal- und Steuertechnik.
  • Aus der DE-PS 869 809 ist eine Einrichtung zum Betätigen von Relais oder Achszählvorrichtungen bekannt, bei der auf einem T-förmigen Eisenkern die Sende- und die Empfängerspulen angebracht sind, wobei diese Sendespulen am senkrechten Balken des Kerns und die beiden Sekundärspulen auf den beiden waagrechten Kernbalken sitzen und gegeneinander geschaltet sind. Der eine waagrechte Kernbalken schließt einen Luftspalt mit der Schiene, der andere, von der Schiene abweisende waagrechte Kernbalken einen Luftspalt mit einem vorzugsweise verstellbaren Weicheisenstück ein und das Weicheisenstück, der T-Kern und die Schiene sind durch einen Weicheisenfuß magnetisch verbunden. Der Luftspalt zwischen dem Weicheisenstück und dem zugeordneten waagrechten Kernbalken wird so eingestellt, daß sich im Ruhezustand die in den gegeneinandergeschalteten Wicklungen induzierten Spannungen aufheben, wogegen beim Durchgang eines Radkranzes zwischen dem anderen T-Balken und der Schiene das Gleichgewicht gestört wird und ein Induktionsstrom fließt, der zur Relaisbetätigung ausgenützt werden kann. Durch Anordnung von zwei entsprechenden Einrichtungen nebeneinander erhält man die Möglichkeit, die Bewegungsrichtung des Rades festzustellen und aus den Signalen auch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu ermitteln.
  • Aus der AT-PS 358 626 ist eine fahrzeugbetätigte Einrichtung zur Erzeugung von Anwesenheitskriterien bekannt, die nicht zwingend von Rädern betätigt wird und deshalb auch nicht in unmittelbarer Umgebung der Schiene angeordnet werden muß. Es werden Sende- und Empfangsspulen auf Ferritkernen verwendet, wobei jeweils eine Sendespule auf einem Kern und zwei Empfangsspulen beidseits des Kernes auf einem im rechten Winkel zu diesem angeordneten und mit ihm verbundenen gemeinsamen Joch angeordnet sind, so daß der von der Sendespule erzeugte magnetische Fluß in zwei Teilfüsse aufgespalten wird, die die Empfangsspulen durchfluten, so daß sich wieder die induzierten Spannungen im unbetätigten Zustand hinsichtlich Größe und Phasenlage aufheben. Zur Bestimmung der Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit des Fahrzeuges werden wieder zwei Systeme in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet.
  • Aus der DE-OS 1 516 589 ist eine Einrichtung mit zwei gegensinnig zueinander von Strom durchflossenen Sendespulen bekannt, deren Magnetfluß eine oder zwei Empfangsspulen durchflutet, die sich auf einem mit den Sendespulen gemeinsamen magnetischen Kern befinden. Die beiden einander entgegenwirkenden Magnetflüsse heben sich bei dieser Anordnung im Ruhezustand auf, so daß in der bzw. den Empfangsspulen keine Spannung induziert wird, bis das Flußgleichgewicht durch Anwesenheit eines Metallgegenstandes gestört wird.
  • Aus der AT-PS 378 522 und der DE-PS 1 605 427 sind Schaltungsanordnungen zur Erzeugung von Achszählimpulsen bekannt, bei denen als Impulsgeber Sendespulen Verwendung finden, die auf der einen Seite einer Eisenbahnschiene zwischen dem Schienenkopf und dem Schienenfuß angeordnet und mit Wechselstrom gespeist werden. Es ist jeder Sendespule eine Empfängerspule entweder auf der gleichen Seite der Schiene, vorzugsweise aber an der gegenüberliegenden Seite, zugeordnet. Wenn der Laufkranz eines Rades die Schiene den Anordnungsbereich der Spulen passiert, erhöht sich auch die Kopplung zwischen der Sende- und Empfängerspule, so daß sich die Empfangsspannung erhöht, welche Spannungserhöhung in einer Auswerteschaltung für die Erzeugung von Signalen, Zählimpulsen usw. ausgenützt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet sich von den bekannten Einrichtungen dadurch, daß die als Stabspule ausgebildete Sendespule in Schienenlängsrichtung anzuordnen und mit den Empfängerspulen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist und die Empfängerspulen frei von ferromagnetischen Verbindungen mit der Sendespule unter Einhaltung von Abständen von deren Längsenden und deren Achse gegengleich in Bezug auf die senkrecht zur Achse der Sendespule verlaufende Mittelachse mit zu der Achse der Sendespule, vorzugsweise etwa rechtwinkelig, geneigten Achsen, welche gegen den Durchgangsbereich des Rades bzw. Radkranzes zu richten sind, angeordnet sind und ihre Induktionsspannungen getrennten Eingängen einer Überwachungsschaltung zuführbar sind.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird eine Richtungsempfindlichkeit des gesamten Spulensystems erreicht, wobei die in den Empfängerspulen induzierten Spannungen immer größer als Null und bei ordnungsgemäßer Anordnung der Einrichtung an der Schiene gleich groß sein werden. Die Durchflutung der Empfängerspulen ändert sich mit dem Vorhandensein oder dem Eintritt dämpfend wirkender Gegenstände in den Wirkbereich der Empfängerspulen, wobei sowohl oberhalb als auch unterhalb der Empfängerspulen vorhandene bzw. eintretende Gegenstände die induzierte Spannung beeinflussen. Als Unterseite der Empfängerspulen wird jene Seite angenommen, die der Sendespule näher liegt. Befindet sich ein dämpfend bzw. bedämpfend wirkender Gegenstand unterhalb der Empfängerspulen, so wird dadurch das Induktionsfeld zufolge der asymmetrischen Anordnung der Empfängerspulen zur Sendespule so abgelenkt, daß sich die magnetische Induktion in den Empfängerspulen und damit die Induktionsspannung erhöht. Ein bedämpfend wirkender Gegenstand oberhalb der Empfängerspulen lenkt das magnetische Feld in dem Sinne ab, daß sich die magnetische Induktion in den Empfängerspulen und damit die Induktionsspannung verringert. Zur Erläuterung kann man annehmen, daß ein Teil der Feldlinien der Sendespule die Empfängerspulen in einem bestimmten Winkel schneidet, wodurch in den Empfängerspulen eine Spannung induziert wird. Durch bedämpfend wirkende Gegenstände ändert sich die Felddichte und der Winkel, in dem die Feldlinien die Empfängerspulen schneiden. Zur Erzielung eindeutiger Aussagen wird in der Folge von einem "Wirkbereich" gesprochen. Unter diesem Wirkbereich ist jener Abstand eines bedämpfend wirkenden Gegenstandes mit definierter Mindestgröße von der Sendepule zu verstehen, der eine Ausgangssignaländerung zur Folge hat, die größer ist, als Signaländerungen, die durch Störeinflüsse, z. B. temperaturbedingt, auftreten können. Der Wirkbereich ist abhängig von der Größe der Spulen von der Güte der Empfängerspulen und von der geometrischen Lage der Empfängerspulen zu der Sendespule. Vorzugsweise liegen die Achsen der Empfängerspulen und die Achse der Sendespule in einer gemeinsamen Ebene.
  • Die Einrichtung wird vorteilhaft an der Schiene mit parallel im Abstand von dieser verlaufenden Achse der Sendespule und mit einerseits am Schienenkopf vorbei auf den Durchgangsbereich des Radkranzes gerichteten und anderseits durch den Schienenfuß verlaufenden Achsen der Empfängerspulen montiert.
  • Bei dieser Anordnung wirkt der Schienenfuß als bedämpfender Gegenstand unterhalb der Empfängerspulen. Die Bedämpfung über den Schienenfuß ist gleichzeitig ein Maß für die korrekte Anordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung an der Schiene. Wird die Einrichtung mit oberhalb der Sendespule angeordneten Empfängerspulen montiert und in der vorstehend beschriebenen Weise angeordnet, so erreicht die Induktionsspannung der Empfängerspulen im Ruhezustand ihren Maximalwert. Wird die Einrichtung näher an der Schiene angebracht, so tritt der Schienenkopf als bedämpfender Gegenstand in den Wirkbereich der Empfängerspulen und bewirkt auch im Ruhezustand eine Verminderung der Induktionsspannung. Der Durchgang eines Radkranzes durch den Wirkbereich führt zu einer charakteristischen Änderung der Induktionsspannung.
  • Die in den beiden Empfängerspulen induzierten Spannungen bzw. aus ihnen gewonnene analoge Ausgangssignale der Einrichtung werden nicht miteinander verknüpft, sondern getrennten Eingängen einer vorzugsweise externen Überwachungsschaltung zugeführt und dort gegebenenfalls bei der Verarbeitung zu digitalen Signalen umgeformt. Die in weiterer Folge als Ausgangssignale bezeichneten Größen besitzen nicht nur einen Informationsgehalt über den momentanen Wert der Induktionsspannungen, sondern erlauben auch einen gegenseitigen Vergleich. Eine derartige Vergleichsmöglichkeit der voneinander unabhängigen Ausgangssignale ist zur Steigerung der signaltechnischen Sicherheit im Hinblick auf Bauteil- und Übertragungsfehler von wesentlicher Bedeutung. Es ist überdies möglich, die Signale zur Überwachung und Einstellung der lagerichtigen Anbringung der Einrichtung an der Schiene zu verwenden.
  • Eine Winkelveränderung um die vertikale Mittelachse bewirkt, daß der Schienenfuß nur mehr teilweise bedämpfend auf die Unterseite jener Empfängerspule wirkt, die weiter vom Schienensteg entfernt ist. Es treten daher an den beiden Spulen verschiedene Ausgangssignale auf. Durch Verschwenken der Einrichtung um die horizontale Querachse, also die senkrecht auf dem Schienensteg stehende Achse, erhalten die beiden Empfängerspulen unterschiedliche Entfernungen zum Schienenfuß, was wieder zu verschiedenen Ausgangssignalen führt.
  • Eine Verdrehung der Einrichtung um die horizontale, parallel zur Schiene verlaufende Längsachse bewirkt, wenn dabei die Empfängerspulen zum Schienenkopf geneigt werden, daß der Schienenkopf in den Wirkbereich oberhalb der Empfängerspulen ein- und der Schienenfuß aus dem Wirkbereich unterhalb der Empfängerspulen austritt. Es kommt dadurch zu einer Verringerung der Ausgangssignale gegenüber der bei korrekter Positionierung auftretenden Größe. Werden die Empfängerspulen vom Schienenkopf weg geneigt, so tritt der Schienensteg in den Wirkbereich unterhalb der Empfängerspulen ein und verursacht wegen seiner größeren Fläche und des verringerten Abstandes von den Spulen eine stärkere Bedämpfung der Spulenunterseiten, so daß sich die Signale gegenüber der Normallage vergrößern.
  • Durch gesonderte Auswertung der Signale kann man in der Überwachungsschaltung durch Vergleich der Signale untereinander oder mit gespeicherten Pegeln verschiedene Auswertungen vornehmen. Man kann etwa bei im Bereich eines vorgegebenen Ansprechpegels auftretender Signalgleichheit ein den Raddurchgang über die Einrichtungsmitte kennzeichnendes Signal erzeugen.
  • Neben der schon erwähnten möglichen, dauernden oder periodischen Überwachung der Einrichtung hinsichtlich der korrekten Anbringung an der Schiene wird es auch möglich, die Montage der Einrichtung an der Schiene zu vereinfachen. Es wird angestrebt, eine sehr rasche Montage zu ermöglichen, um Betriebsunterbrechungen für die Montage an stark befahrenen Gleiswegen zu vermeiden. Um dies zu erreichen, wird das Gehäuse an einer das gleiche Profil wie die Gleisschienen am vorgesehenen Einsatzort aufweisenden Musterschiene montiert. Die Sendespule wird erregt und das Gehäuse wird ausgerichtet, bis die Induktionsspannungen an den beiden Empfängerspulen einen vorgegebenen Höhenbereich erreichen und untereinander gleich groß sind. Nach der nun festliegenden Lage des Gehäuses wird eine der Endmontage am Einsatzort dienenden Befestigungsvorrichtung eingestellt bzw. mit an Schiene und Gehäuse passenden Halterungen angefertigt.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.
  • In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen
  • Fig. 1
    eine Schiene eines Gleises mit an der Schieneninnenseite angebrachter Überwachungseinrichtung,
    Fig. 2
    eine Seitenansicht zu Fig. 1 und
    Fig. 3
    ein Diagramm des Verlaufes der Ausgangssignale der Empfängerspulen beim Durchgang eines Rades in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg.
  • In den Fig. 1 und 2 ist eine Schiene mit einem Schienenkopf 1, einem Schienensteg 2 und einem Schienenfuß 3 in dünnen Linien veranschaulicht. Ferner wurde in Fig. 2 ein auf der Schiene geführtes Rad 4 mit seinem Radkranz 5 strichliert angedeutet. An der Schiene 1 bis 3 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung angebracht. Bei dieser Einrichtung sind in einem gemeinsamen, nicht dargestellten Montagegehäuse eine Sendespule S und zwei Empfängerspulen E1 und E2 angebracht. Die Spulen S, E1 und E2 bilden ein Spulensystem, das mit zur Schiene 1 bis 3 paralleler Längsachse LS der Sendespule angebracht wird, wobei die Mittelachse A1 und A2 der Empfängerspulen senkrecht zur Achse LS angeordnet sind und diese Achse außerhalb der Spule S schneiden. Die Spulen E1, E2 sind in einem Abstand d von der Achse LS und im Abstand a von der Oberseite des Schienenkopfes 1 angeordnet. Die Spule S weist eine Länge e auf. Der Abstand der Achsen A1, A2 wurde mit c bezeichnet. Die vertikale Mittelachse des Spulensystems wurde mit HS bezeichnet. Die Achsen HS, A1, A2 liegen in einem Abstand b von der Mittelachse M der Schiene 1 bis 3. Ein an einer Versorgungsspannung Uv liegender Oszillator O speist die Sendespule S mit Wechselstrom, so daß um die Spule S ein Wechselmagentfeld mit dem typischen Feldlinienverlauf einer Stabspule entsteht. Ein Teil der Feldlinien L schneidet die Empfängerspulen in einem definierten Winkel, so daß in den Empfängerspulen E1, E2 Induktionsspannungen auftreten, die in zugeordneten Demodulatoren D1, D2 zu Ausgangssignalen U1, U2 umgeformt werden.
  • Die Spulen S, E1, E2, sind in dem gemeinsamen (nicht dargestellten) Gehäuse fest verankert und untereinander frei von ferromagnetischen Verbindungen.
  • Wie Fig. 2 zeigt, sind die Spulenachsen A1, A2 auf den Schienenfuß 3 gerichtet, der daher als bedämpfende Metallfläche im Wirkbereich unter den Empfängerspulen E1, E2 liegt. Die Achsen A1, A2 verlaufen beim Ausführungsbeispiel und bei korrekter Anordnung am Schienenkopf 1 vorbei und sind gegen den möglichen Durchgangsbereich des Radkranzes 5 gerichtet. Solange sich kein Rad 4 im Wirkbereich befindet, treten bei der gezeigten Anordnung die größtmöglichen Ausgangssignale U1, U2 auf. Tritt ein Rad 4 mit seinem Spurkranz 5 in dem Wirkbereich oberhalb der Empfängerspulen E1, E2 ein, so ruft er als bedämpfender Metallgegenstand eine Verringerung der Ausgangssignale U1, U2 hervor.
  • In Fig. 3 ist der Verlauf der Ausgangssignale U1, U2 bei korrekter Anordnung der Einrichtung an der Schiene während der Überfahrt eines Rades 4 mit Spurkranz 5 veranschaulicht. Unter dem Weg W wird der vom Achsmittelpunkt zurückgelegte Weg verstanden, wobei bezogen auf Fig. 1 eine Bewegung von links nach rechts angenommen wird. Die Spulenachsen A1 und A2 wurden mit den Mittellinien dieser Spulen gleichgesetzt. Solange sich kein Spurkranz im Wirkbereich der Spulen E1, E2 befindet, erreichen deren Ausgangssignale U1, U2 den Maximalwert Uo. Ein ankommendes Rad tritt mit seinem Spurkranz an der Stelle F1 in den Wirkbereich oberhalb der Empfangsspule E1 ein. Dadurch verringert sich das Ausgangssignal U1, bis sich der Achsmittelpunkt über der Spulenmitte, also auf A1 befindet und nimmt dann von dem hier auftretenden Minimum wieder bis zum Austrittsbereich F2 des Spurkranzes 5 aus dem Wirkbereich der Spule E1 wieder zu. Für Spule E2 wurde der Eintrittspunkt des Radkranzes in den Wirkbereich mit F3 und der Austrittspunkt mit F4 bezeichnet. Das Signal U2 erreicht beim Durchgang des Achsmittelpunktes durch A2 sein Minimum. Die Signalzüge U1, U2 sind gegeneinander um den Abstand c verschoben. Unabhängig vom Raddurchmesser befindet sich die Achse des Rades im Schnittpunkt F5 der beiden Signale U1, U2 genau mittig über den Empfängerspulen E1 und E2 und somit auf der Achse HS. Der Signalschnittpunkt F5 kann in einer externen Auswertungsschaltung detektiert werden, so daß eine genaue Ortung des Radmittelpunktes etwa für exakte Geschwindigkeitsmessungen oder bei der Heißläuferortung möglich ist.
  • Über eine externe Auswertungsschaltung können die analogen Ausgangssignale U1 und U2 in digitale Signale bzw. Schaltinformationen aufbereitet werden. In einer solchen Auswertungsschaltung können Komperatorschaltungen vorgesehen werden, die sowohl einen relativen Vergleich der Ausgangsignale U1 und U2 als auch einen absoluten Vergleich von U1 und U2 mit einem oder mehreren internen Signalpegeln durchführen. In Fig. 3 ist mit Up ein solcher Vergleichspegel angedeutet. Bei getrenntem Vergleich mit U1 und U2 können am Pegel Up bei der Überfahrt eines Rades zwei einander überschneidende Rechtecksignale erzeugt und z. B für eine richtungsabhängige Achszählung verwendet werden. Der Vergleichspegel Up kann auch herangezogen werden, wenn man feststellen will, ob die Empfängerspulen E1 und E2 korrekt montiert sind, wobei davon ausgegangen wird, daß bei korrekter Montage Uo größer als Up sein muß. Weitere Vergleichspegel und der relative Vergleich der Ausgangssignale U1 und U2 führen zu Informationen über Art und Größe einer unkorrekten Montage der erfindungsgemäßen Einrichtung an der Schiene, über Kabelfehler usw.
  • Neben den schon beschriebenen, möglichen Auswertungen der erhaltenen Signale, kann man bei der erfindungsgemäßen Einrichtung auch eine Auswertung der Signale zur Bestimmung des Raddurchmessers vornehmen. Es wurde festgestellt, daß sich die Signale U1 und U2 in ihrem Verlauf abhängig vom Raddurchmesser ändern, so daß durch entsprechende Auswertung der Signale eindeutige Aussagen über diesen Raddurchmesser gewonnen werden können. Eine Möglichkeit zur Bestimmung des Raddurchmessers besteht darin, den Scheitelwert der Minima der Signale U1 und U2 ebenso wie Uo und den Signalwert im Schnittpunkt F5 der Signale U1 und U2 zu erfassen. Das Verhältnis des Signalunterschiedes Uo - Scheitelwert zum Signalunterschied Uo - Signalwert in F5 ergibt eine dem Raddurchmesser umgekehrt proportionale Kenngröße. Bei kleineren Rädern liegt der Signalwert bei F5 näher bei Uo als bei größeren Rädern.
  • Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird eine hohe signaltechnische Sicherheit ermöglicht. Die Einrichtung kann zyklisch auf ihre Funktionsfähigkeit und korrekte Montage getestet werden. Dabei kann bei einem Funktionstest etwa in Abhängigkeit von einem externen Testsignal die Intensität des Wechselmagnetfeldes der Sendespule gegenüber dem Normalzustand verändert werden, wobei die dabei ebenfalls in ihrer Höhe veränderten Ausgangssignale U1 und U2 mit zugeordneten Sollwerten, etwa Vergleichspegel Up, verglichen werden, so daß Reaktionssignale entstehen, die eine Aussage über die Funktionsbereitschaft der erfindungsgemäßen Einrichtung einschließlich der zugeordneten peripheren Einrichtungen (z. B. Kabelweg und Komperatorbaugruppen) ermöglichen. Zur Veränderung des Wechselmagnetfeldes der Sendespule S könnte etwa die Versorgungsspannung Uv des Oszillators auf einen oder mehrere Testwerte verändert werden, wenn die Leistungsabgabe des Oszillators spannungsabhängig erfolgt.

Claims (5)

  1. Einrichtung zur Erzeugung von Anwesenheitskriterien von schienengebundenen Rädern zum Anbringen an Gleiswegen,
    bestehend aus einem vorzugsweise an der Innenseite einer Schiene des Gleises montierbaren Spulensystem mit einer wechselstromgespeisten Sendespule (S),
    über die in zwei der Sendespule (S) zugeordneten Empfängerspulen (E1, E2) Spannungen induzierbar sind und deren Induktionsfeld über ein im Überwachungsbereich befindliches Rad, insbesondere dessen Radkranz, in seiner Form veränderbar ist,
    so daß sich die in den Empfängerspulen induzierten Spannungen gegenüber dem Ruhezustand ändern,
    und einer die Induktionsspannungen auswertenden Überwachungsschaltung,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die als Stabspule ausgebildet Sendespule (S) in Schienenlängsrichtung anzuordnen und mit den Empfängerspulen (E1, E2) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist,
    und daß die Empfängerspulen (E1, E2) frei von ferromagnetischen Verbindungen mit der Sendespule unter Einhaltung von Abständen (d) von deren Längsenden und deren Achse (LS) gegengleich in Bezug auf die senkrecht zur Achse (LS) der Senderspule (S) verlaufende Mittelachse (HS) mit zu der Achse (LS) der Sendespule (S), vorzugsweise etwa rechtwinkelig, geneigten Achsen (A1, A2), welche gegen den Durchgangsbereich des Rades (4) bzw. Radkranzes (5) zu richten sind, angeordnet sind und ihre Induktionsspannungen getrennten Eingängen der Überwachungsschaltung zuführbar sind.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Achsen (A1, A2) der Empfängerspulen (E1, E2) und vorzugsweise auch die Achse (LS) der Sendespule (S) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sie an der Schiene (1 bis 3) mit parallel im Abstand von dieser verlaufender Achse (LS) der Sendespule (S) und mit einerseits am Schienenkopf (1) vorbei auf den Durchgangsbereich des Radkranzes (5) gerichteten und andererseits durch den Schienenfuß (3) verlaufenden Achsen (A1, A2) der Empfängerspulen (E1, E2) montierbar ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sie mit oberhalb der Sendespule (S) angeordneten Empfängerspulen (E1, E2) montierbar ist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Überwachungsschaltung einen Vergleicher für die Induktionsspannungen der Empfängerspulen (E1, E2) oder aus diesen gewonnene Signale (U1, U2) enthält, die bei im Bereich eines vorgegebenen Ansprechpegels auftretender Signalgleichheit ein den Raddurchgang über die Einrichtungsmitte kennzeichnendes Signal erzeugen.
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