Elektromagnetisches Gleisgerät, insbesondere für Achszähleinrichtungen im Eisenbahnsicherungswesen Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Gleisgerät an einem Gleis, bei dem zu beiden Seiten einer Schiene Spulen angeordnet sind, von denen die eine ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, durch das in der anderen Spule eine Spannung induziert wird, zum Zwecke, die Spannung in ihrer Grösse durch ein durch die Einwirkzone des Gleisgerätes rollendes Rad zu beeinflussen.
Es sind bereits Einrichtungen bekannt, bei denen auf beiden Seiten einer Schiene Spulen angeordnet sind. So gibt es Systeme, bei denen sich die Spulen auf einem gemeinsamen, die Schiene umgebenden Eisenkern befinden, und je nach der Art der Schal tung wird hier durch die Einwirkung des Rades eine Rückkopplungsanordnung beeinflusst oder die magne tische Kopplung zwischen Sende- und Empfangsspule verstärkt. In einer weiteren Anordnung sind auf den die Schiene umgebenden Eisenkernen drei Spulen an geordnet. Auf der einen Seite der Schiene befindet sich die Empfangsspule und auf der anderen Seite die zwei Sendespulen, von denen die eine mit Gleich strom und die andere mit Wechselstrom gespeist wird.
Weiterhin ist eine andere Ausführung bekannt, bei der die Spulen auf beiden Seiten einer Schiene durch eine gemeinsame magnetische nichtleitende Traverse befestigt sind. Die wechselstromerregte Spule ist in der Weise neben der Schiene angeordnet, dass auch hier das erzeugte Kraftfeld nur dann auf die Empfangsspule intensiv einwirken kann, wenn das Rad durch das magnetische Wechselfeld hin durchrollt.
In einer anderen bekannten Einrichtung liegen dem auf der einen Seite der Schiene erzeugten Wech selfeld ein oder mehrere Paare von gegeneinander geschalteten Wicklungen gegenüber, die so ab gestimmt sind, dass sich im Ruhezustand in jedem Wick- lungspaar die induzierten Spannungen nach Grösse und Phase aufheben. Die Spulen sind an der Schiene so angeordnet, dass beim Vorüberrollen eines Rades durch die Luftspaltänderung das in einem jeden Wick lungspaar herrschende Spannungsgleichgewicht ge stört wird. Der nicht kompensierte Spannungsteil beeinflusst die Überwachungseinrichtung.
In einem weiteren bekannten elektromagnetischen Gleisgerät wird die Schirmwirkung eines durch den Luftspalt zwischen Sende- und Empfangsspule rollen den Rades zur Beeinflussung des Systems auf genutzt. Um bei dieser Einrichtung eine optimale Beeinflussung zu erhalten, sind Sender und Empfän ger oberhalb des Schienenkopfes angeordnet, damit die abschirmende Wirkung der Schiene möglichst gering bleibt.
Da jedoch die einwirkenden Räder entsprechend der verschiedenartigen Fahrzeuge un terschiedliche Dimensionen haben, verursacht die Abschirmung dieser Räder eine stark schwankende Absenkung der in der Empfangsspule induzierten Spannung, so dass ein einwandfreier Betrieb der überwachungseinrichtung nicht gewährleistet wird.
Das elektromagnetische Gleisgerät an einem Gleis ist dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule in einer magnetischen Brückenanordnung liegt, welche aus der Schiene, dem Empfänger und den Luftspalten zwischen der Spule und dem Schienenkopf und dem Schienenfuss besteht, und dass die Brückenanordnung durch das magnetische Wechselfeld der Sendespule gespeist wird, und dass zum Zwecke der Aufhebung bzw. Umkehrung der Polarität des im Wirkbereich des Radkranzes auf die Spule wirkenden magne tischen Wechselfeldes die Sendespule zur Schiene geneigt ist.
Die Frequenz des Wechselfeldes kann so gewählt sein - beispielsweise 5 kHz -, dass die Aufhebung oder Umkehr der Polarität des wirksamen magne tischen Feldes der Spule unabhängig davon erfolgt, ob das Material des Radreifens magnetisch leitend (z. B. Stahl) oder magnetisch nicht leitend (z. B. Alu minium) ist. Der Vorteil gegenüber dem Bekannten besteht darin, dass das Gleisgerät einwandfrei arbeitet, gleichgültig, ob das Rad oder Teil des Rades aus magnetisch leitendem oder nicht leitendem Material bestehen. Die Erfindung ermöglicht es auch, Kunst stoffräder, die mit einer Metalleinlage versehen sind, einwandfrei zu erkennen.
Die optimale Beeinflussung der in der Empfangs spule fliessenden Teilflüsse durch den Radkranz, wobei das wirksame magnetische Wechselfeld der Spule praktisch aufgehoben wird, kann durch die Anordnung des Empfängers erreicht werden, indem der magnetisch leitende verlängerte Spulenkern der Spule formschlüssig mit dem Steg der Schiene ver bunden ist, so dass die Spule in einer durch das magne tische Wechselfeld der Sendespule gespeisten magne tischen Brückenanordnung liegt, die aus der Schiene, dem Empfangssystem und den Luftspalten zwischen der Spule und dem Schienenkopf einerseits und dem Schienenfluss anderseits gebildet wird.
Um einen einwandfreien Abgleich der Brücken anordnung erzielen zu können, kann die Sendespule um eine einstellbare, parallel zur Längsrichtung der Schiene verlaufende Achse drehbar angeordnet sein.
Ein weiterer Nachteil einer bekannten Einrich tung, bei der Sender und Empfänger oberhalb des Schienenkopfes angeordnet sind, besteht darin, dass nicht nur die durch die Einwirkzone rollenden Räder eine Beeinflussung des Systems hervorrufen, sondern, dass auch andere am Fahrzeug befindliche Teile, z. B. herunterhängende Ketten und Rohre, oder andere durch den betrieblichen Ablauf bedingte Eisen teile, z. B. Schienenbremsen, die sich durch die Beein flussungszone des Gleisgerätes bewegen, zu Störungen in der Überwachungseinrichtung führen können. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtung be steht darin, dass die über die Schiene herausragenden Teile einer mechanischen Zerstörung zugänglich sind.
Diese Nachteile können behoben werden, indem die Sendespule und die Empfangseinrichtung zweckmässig unterhalb der Schienenoberkante angeordnet sind. Durch diese vorteilhafte Anordnung des Gerätes ist zur Erzielung der erforderlichen Absenkung grund sätzlich nur der Radkranz, nicht aber der übrige Teil des Rades erforderlich. Dies bedeutet, dass alle Rad sorten immer die gleiche Absenkung hervorrufen.
Die Wirkungsweise des elektromagnetischem Gleisgerätes kann weiterhin verbessert werden, indem zur Abschirmung der die Wirksamkeit des Gerätes ungünstig beeinflussenden magnetischen Fremdfelder und zur Bündelung des Eigenfeldes sowohl die Sende spule als auch der Empfänger mit einem magnetisch nicht leitenden Mantel, z. B. Aluminium, umgeben sein können.
Werden die elektromagnetischen Gleisgeräte zur Steuerung von Achszähleinrichtungen verwendet, die in beiden Richtungen befahrene Gleisabschnitte über wachen, so ist es erforderlich, dass der Zu- oder Ab gang von Achsen aus dem betreffenden Gleisabschnitt durch ein richtungsabhängiges Kriterium gekennzeich net wird. In bekannter Weise können zur richtungs abhängigen Zählung von Achsen zwei gleiche Gleis geräte an den beiden Seiten eines Gleises so angeord net sein, dass sich die Beeinflussungszonen beider Systeme überschneiden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an hand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt: die Fig. 1 die Art, wie das elektromagnetische Gleisgerät an der Schiene befestigt ist, und die Fig. 2 eine vereinfachte Ersatzschaltung zur Fig. 3, welche die in der Brückenanordnung des Gleisgerätes erforderlichen Kraftlinien darstellt.
Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, liegt die Schiene 1 auf der Traverse 2, welche auf der einen Seite der Schiene die Empfangseinrichtung 7 bis 10 und auf der anderen Seite der Schiene den drehbaren Sender 3 bis 6 trägt.
Der Sender besteht aus einer beispielsweise recht eckigen Spule 4, die zur Abschirmung von einem Aluminiummantel 5, 6 umgeben ist. Ober- und Unter seite des Abschirmmantels sind beispielsweise mit Pertinax abgedeckt, so dass der magnetische Fluss un gehindert austreten kann. Der Kern 3 der Spule kann aus Dynamoblech oder Ferrit und die Spule 4 aus mehreren Teilwicklungen bestehen. Die Empfangs einrichtung besteht aus der Spule 8, dem auf einer Seite verlängerten Spulenkern 7 und dem Abschirm mantel 9, 10. Der Spulenkern kann wiederum aus Dynamoblech oder Ferrit bestehen.
Die Abschirmung der Sende- und Empfängerein richtung ist, um die Güte der elektrischen Kreise möglichst wenig zu beeinflussen, in einem entsprechen den Abstand um die Spule angeordnet.
In Abhängigkeit der verschiedenen Schienenformen und der grösstmöglichen Beeinflussung des Systems durch die Einwirkung des Radkranzes wurden durch Versuch die günstige Form und Einstellung der Sende spule ermittelt. So ist es vorteilhaft, den Sender in einem von den Schienenunterkanten und der Strah lungsrichtung des Magneten gebildeten Winkel a von 30 bis 80 zum Schienenkopf hin einzustellen und die parallel zur Längsrichtung der Schiene ver laufende Achse des Drehpunktes des Systems in einen Abstand d = 80 bis 150 mm von der Schienenmitte und eine Entfernung c = 25 bis 80 mm von der Schienenunterkante festzulegen.
Die magnetische Einstellung des Gleisgerätes liesse sich jedoch auch in gewissen Grenzen durch eine ein stellbare Empfängeranordnung erzielen, jedoch würde die konstruktive Ausgestaltung durch die erforderliche Formschlüssigkeit des Empfängers mit dem Schienen steg schwierig sein. Ausserdem befindet sich der Empfänger auf der Innenseite der Schiene, also im Gleis, so dass die Einstellung den Betrieb behindert und die die Einstellung durchführenden Personen ge- fährden würde.
Für die Gestaltung der Empfänger einrichtung wurde jedoch durch Versuche eine günstige Anordnung an der Schiene ermittelt, bei der der formschlüssige Teil des Spulenkerns 7 in einem Abstand g = 30 bis 95 mm von dem Schienenfuss gegenüber dem Schienensteg zu liegen kommt, der die Spule 8 tragende Teil des Spulenkerns 7 parallel zum Schienensteg und weiterhin die freie Seite der Spule 8 in einem Abstand e = 0 bis 60 mm unterhalb der Schienenoberkante und in einer Entfernung f = 105 bis 185 mm von der Schienenmitte angeordnet ist.
Diese beschriebene Anordnung betrifft die der Erfindung zugrundeliegende Wirkungsweise des elek tromagnetischen Gleisgerätes. Bei der nicht durch einen Radkranz beeinflussten Einrichtung wird in der Empfangsspule 8, einstellbar durch die Neigung der Sendespule 4 zur Schiene, eine bestimmte Spannung durch das wirksame magnetische Wechselfeld erzeugt. Dringt ein Radkranz eines durch die Wirkungszone des Gleisgerätes rollenden Rades 11 in den Luftspalt zwischen dem Schienenkopf der Schiene 1 und der Spule 8 ein, so wird durch die Einwirkung des Rad kranzes das wirksame Wechselfeld der Spule 8 auf gehoben oder umgekehrt, so dass keine Spannung oder eine um 180 phasenverschobene Spannung in der Spule induziert werden kann.
Die induzierte Wechselspannung in der Empfängerspule 8, die zur Steuerung der Überwachungseinrichtung verwendet wird, erreicht somit eine 100 %ige Absenkung oder darüber hinaus eine Phasenumkehr, die durch phasen richtige Gleichrichtung ausgenützt werden kann.
Durch die Anordnung der Sende- und Empfangs spule unterhalb der Schienenoberkante und die Nei gung der Sendespule zum Schienenkopf wurde erreicht, dass Metallteile, die nur bis zur Schienen oberkante reichen, z. B. aus Schienenbremsen, nur eine unwesentliche Absenkung der induzierten Span nung in der Empfängerspule 8 hervorrufen und somit keinen Einfluss auf die nachgeschaltete Überwachungs einrichtung haben.
Die Arbeitsweise des elektromagnetischen Gleis gerätes lässt sich anhand der Fig. 2 und 3 besser ver stehen, welche die für die Brückenanordnung nötigen Flusslinien (Fig. 3) und die vereinfachte Ersatzschal tung (Fig. 2) zeigt. Um den Vergleich zwischen dem Flussdiagramm und der Ersatzschaltung zu erleichtern, sind die einander entsprechenden Stellen mit den gleichen Zahlen bezeichnet. So ist beispielsweise die magnetische Flusslinie zwischen den Stellen 21 und 41 im Flussdiagramm durch den Widerstand zwischen den Stellen 21 und 41 im Ersatzschema dargestellt. Der Empfänger E liegt in der Diagonale 51-61 der Brücke. Wie aus dem Flussdiagramm hervorgeht, wird die Brücke durch die besondere Form (L-Form) des Magnetkerns gebildet.
Wenn die Sendespule 4 in horizontaler Richtung verschoben wird, werden die magnetischen Wider stände 11-31 und 21-41 wesentlich beeinflusst. Da durch wird die an die Stellen 31 und 41 an die Brücke angelegte Spannung erhöht oder vermindert; mit anderen Worten wird die Kopplung zwischen dem Sender und dem Empfänger geändert. Obwohl die magnetischen Widerstände 11-31 und 21-41 durch die Drehung der Sendespule so beeinflusst werden, dass der magnetische Widerstand zwischen 21 und 42 ab nimmt, wenn der magnetische Widerstand zwischen 11 und 31 zunimmt, werden doch besonders die magnetischen Widerstände 31-51 und 41-51 der Brücke beeinflusst. Diese Tatsache gestattet eine Ein stellung der Brücke.
Die Wirkung eines Rades, und zwar insbesondere des Radkranzes, auf den Flussweg zwischen 31 und 51 besteht in der Steuerung des magnetischen Widerstandes 31-51, wodurch die Brückenverhältnisse geändert werden. Die Brücke kann so eingestellt werden, dass bei unbetätigtem Gleisgerät, d. h. wenn sich kein Rad im Wirkbereich befindet, die Brücke nicht abgeglichen ist, so dass eine gewisse Energiemenge der Sendespule wirksam wird. Sobald ein Rad in den Wirkungsbereich des Gleisgerätes eintritt, wird die Brücke abgeglichen, so dass die in der Empfangsspule induzierte Spannung auf Null abfällt.
Anderseits kann ein den Wirkungsbereich des Gleisgerätes durchlaufendes Rad zur Folge haben, dass die in der Empfangsspule induzierte Spannung in Abhängigkeit des vom Rad durchlaufenen Weges auf Null abfällt und dann mit um 1800 gedrehter Phase auf einen gewissen Wert ansteigt.
Das der Erfindung zugrundeliegende elektro magnetische Gleisgerät ist nicht nur zur Steuerung von Achszähleinrichtungen geeignet, sondern es kann überall da zur Steuerung von Einrichtungen in vor teilhafter Weise Verwendung finden, wo eine Beein flussung durch einen fahrenden Zug auf die Strecke erfolgen soll, z. B. zur Sicherung von Wegübergängen, Beeinflussung von Signaleinrichtungen und zur Gleis füllstandanzeige.
Ausserdem eignet sich das Gleis gerät zur Überwachung der Zuggeschwindigkeit, indem die Flankensteilheit und/oder die Zeitdauer der Absenkung der induzierten Spannung in der Empfän gerspule als Kriterium verwendet wird', oder indem die Zeitdauer für das Durchfahren einer Messstrecke zwischen zwei Gleisgeräten gemessen und als Mass für die Geschwindigkeit verwendet wird.