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Der
Einsatz von nach dem Prinzip des induktiven Näherungsschalters
arbeitenden Radsensoren ist im Bereich der Eisenbahnüberwachungsanlagen, insbesondere
der Gleisfreimeldeanlagen, weit verbreitet. Entsprechende Radsensoren
weisen zumindest eine Sensorspule auf, die in einem elektrischen Schwingkreis
angeordnet und mit einem Wechselstrom gespeist ist. Die Eisenmasse
eines vorbeirollenden Rades beziehungsweise einer vorbeirollenden
Achse führt zu einer Bedämpfung des Magnetfelds
der Sensorspule, so dass eine Befahrung durch ein Rad anhand einer
hierdurch verursachten Änderung der Eigenschaften, wie
beispielsweise der Schwingamplitude oder der Güte, des
elektrischen Schwingkreises nachweisbar ist.
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Üblicherweise
sind induktiv arbeitende Radsensoren vergleichsweise empfindlich
gegenüber induktiv eingekoppelten Störspannungen
auf der Arbeitsfrequenz, wie sie beispielsweise durch Schienenströme
verursacht werden können. So kann zum Beispiel der Rückleiterstrom
einer Lokomotive durch die Schiene beziehungsweise der Oberwellenanteil dieses
Rückleiterstroms ein Störsignal in Form einer Schwebung
verursachen. Eine solche Schwebung lässt sich bei induktiven
Radsensoren üblicherweise nur schwer von einem Signal unterscheiden,
das durch eine Befahrung durch ein Rad verursacht ist. Darüber
hinaus können nach einem induktiven Wirkprinzip arbeitende
Radsensoren in der Praxis beispielsweise auch durch in ihrer Nähe
angeordnete Sensoren mit gleicher Arbeitsfrequenz gestört
werden; weiterhin können Störungen auch durch
impulsartig auftretende hohe Kommutierungsstromflanken des Schienenstroms
oder durch Leitungen und Transformatoren von vorbeifahrenden Zügen
verursacht beziehungsweise induziert werden.
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Die
vorliegende Anmeldung betrifft einen Radsensor, insbesondere für
Gleisfreimeldeanlagen, mit mindestens einer Sensoreinrichtung mit
einer wechselstromgespeisten Sensorspule eines auf eine induktive
Wechselwirkung der Sensorspule mit vorbeirollenden Rädern
von Schienenfahrzeugen empfindlichen elektrischen Schwingkreises
sowie einer weiteren Spule, die mit der Sensorspule zur Unterdrückung
von äußeren Störfeldern in einer Gegenschaltung
verbunden ist.
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Ein
solcher Radsensor ist aus der veröffentlichten deutschen
Patentanmeldung
DE
101 37 519 A1 bekannt. Zur Kompensation störender
Magnetfelder weist der bekannte Radsensor zwei Spulen mit im Wesentlichen
gleicher Geometrie und gleichen Windungszahlen auf, wobei die Spulen
bezogen auf einen an der Schiene angebrachten Radsensor in Schienenlängsrichtung überlappen
und in einer Gegenschaltung verbunden sind. Dies bedeutet, dass die
beiden Spulen bei gemeinsamer Bestromung gegensinnige Magnetfelder
erzeugen und somit auch gegensinnige Spannungen induzieren. Aufgrund
ihrer Anordnung sind beide Spulen an der Raddetektion beteiligt
und werden im Falle eines etwa durch einen Schienenstrom verursachten
Störfeldes im Wesentlichen von gleich starken magnetischen
Wechselfeldern durchsetzt, die somit aufgrund der Gegenschaltung
der Spulen kompensiert werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternativen
beziehungsweise weiteren Radsensor der zuvor genannten Art mit besonders
guter Störunterdrückung anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Radsensor, insbesondere für Gleisfreimeldeanlagen,
mit mindestens einer Sensoreinrichtung mit einer wechselstromgespeisten
Sensorspule eines auf eine induktive Wechselwirkung der Sensorspule
mit vorbeirollenden Rädern von Schienenfahrzeugen emp findlichen
elektrischen Schwingkreises sowie einer weiteren Spule, die mit
der Sensorspule zur Unterdrückung von äußeren
Störfeldern in einer Gegenschaltung verbunden ist, wobei
die weitere Spule unterhalb der Sensorspule angeordnet ist und der
Abstand zwischen der weiteren Spule und der Sensorspule zumindest
ein Drittel des Innendurchmessers der Sensorspule beträgt.
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Erfindungsgemäß ist
die weitere Spule des Radsensors somit unterhalb der Sensorspule
angeordnet, wobei der Abstand zwischen der weiteren Spule und der
Sensorspule zumindest ein Drittel des Innendurchmessers der Sensorspule
beträgt. Dabei bezieht sich die Angabe „unterhalb” bezüglich
der Anordnung der weiteren Spule zur Sensorspule auf die Ausrichtung
eines im Schienenbereich ordnungsgemäß angebrachten
Radsensors. Hierbei ist die Sensorspule üblicherweise unterhalb
einer oberen Gehäusewand des Radsensors angeordnet, so
dass das Magnetfeld der Sensorspule durch ein vorbeirollendes beziehungsweise
vorbeifahrendes Rad eines Schienenfahrzeugs bedämpft wird.
Dies bedeutet, dass die Längsachse der Sensorspule üblicherweise im
Wesentlichen senkrecht zur Schienenlängsrichtung steht.
Im grundlegenden Unterschied zu dem aus der
DE 101 37 519 A1 bekannten
Radsensor ist bei dem erfindungsgemäßen Radsensor
nun jedoch die weitere Spule nicht seitlich versetzt, überlappend mit
der Sensorspule angeordnet, sondern unterhalb der Sensorspule. Von
großer Bedeutung für die Funktionsfähigkeit
einer solchen Anordnung ist hierbei, dass der Abstand zwischen der
weiteren Spule und der Sensorspule zumindest ein Drittel des Innendurchmessers
der Sensorspule beträgt, da anderenfalls eine ausreichende
Sensitivität der Sensorspule auf vorbeirollende Räder
nicht gewährleistet ist. Dies ergibt sich daraus, dass
bei einem kürzeren Abstand der übereinander liegenden
Spulen aufgrund der erfolgenden wechselseitigen Induktion eine nahezu vollständi ge
Kompensation auch im Falle einer Bedämpfung durch ein vorbeifahrendes
Rad erfolgen würde, so dass die Detektion des Rades nicht
mehr möglich wäre.
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Dadurch,
dass die weitere Spule unterhalb der Sensorspule angeordnet ist
und zugleich der Abstand zwischen der weiteren Spule und der Sensorspule
zumindest ein Drittel des Innendurchmessers der Sensorspule beträgt,
wird nun jedoch vorteilhafterweise sicher gestellt, dass die weitere
Spule hinsichtlich ihrer Funktion eine Kompensationsspule ist, d.
h. im Wesentlichen nur der Kompensation von Störfeldern,
insbesondere von Schienenströmen, dient. Ursache hierfür
ist, dass die weitere Spule einen größeren Abstand
zu einem zu detektierenden Rad beziehungsweise Spurkranz eines Rades
aufweist und somit ihr Magnetfeld durch die vorbeirollende Eisenmasse
nicht oder nur vergleichsweise geringfügig beeinflusst
wird. Hingegen durchströmt das die Schiene umlaufende magnetische
Feld eines Schienenstromes beide Spulen, d. h. die Sensorspule und
die weitere Spule, gegensinnig und wird somit zumindest weitgehend
kompensiert. Darüber hinaus werden vorteilhafterweise auch
Störungen aus anderen Quellen durch die Anordnung der Spulen
in dem Radsensor kompensiert. Dies betrifft beispielsweise durch
in der Nähe des Sensors verlaufende Stromkabel verursachte
Störungen oder mögliche Störeinwirkungen
benachbarter Sensoren.
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Des
Weiteren weist der erfindungsgemäße Radsensor
den Vorteil auf, dass die übereinander liegende Anordnung
der Spulen dazu führt, dass für jede der Spulen,
d. h. sowohl für die Sensorspule als auch für
die weitere Spule, die Gehäuselänge des Radsensors
in Schienenlängsrichtung vollständig ausgenutzt
werden kann. Hierdurch wird eine besonders große Einwirklänge
des vorbeirollenden Rades ermöglicht, wodurch eine besonders
hohe Empfindlichkeit des Radsensors erreicht wird. Dies gilt insbesondere
auch im Falle eines durch unterschiedlich stark abgefahrene Radkränze
bewirkten seitlichen Versatzes der zu detektierenden Eisenmasse.
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Vorzugsweise
ist der erfindungsgemäße Radsensor derart ausgestaltet,
dass die weitere Spule derart angeordnet ist, dass ihre Längsachse
parallel zu derjenigen der Sensorspule verläuft. Dadurch, dass
die Windungsebenen der Sensorspule und der weiteren Spule in diesem
Fall parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander
sind, wird eine besonders gute Kompensation von Störfeldern
erzielt.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist
der erfindungsgemäße Radsensor derart ausgeprägt,
dass die weitere Spule derart angeordnet ist, dass ihre Längsachse
derjenigen der Sensorspule entspricht. Dies bedeutet, dass die Längsachsen
der weiteren Spule und der Sensorspule zusammen fallen, d. h. dass
die beiden Spulen mittig übereinander angeordnet sind.
Dies ist bevorzugt, da hierdurch insbesondere für Schienenströme,
die ein zur Schiene symmetrisches Feld erzeugen, eine bestmögliche
Kompensation des resultierenden magnetischen Störfeldes
beziehungsweise der durch das magnetische Störfeld induzierten
resultierenden Störspannung ermöglicht wird.
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Grundsätzlich
ist es denkbar, dass die Sensorspule einen Kern aufweist. Insbesondere
um Störungen aufgrund von magnetischen Sättigungseffekten
zu vermeiden, ist es jedoch vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäße
Radsensor derart ausgestaltet ist, dass die Sensorspule eine Luftspule
ist.
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Entsprechend
den vorstehenden Ausführungen ist auch hinsichtlich der
weiteren Spule eine Ausführungsform des erfindungs gemäßen
Radsensors bevorzugt, bei der die weitere Spule eine Luftspule ist.
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Grundsätzlich
kann es sich bei der Sensorspule und der weiteren Spule um Spulen
gleicher Art handeln. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Radsensors unterscheidet
sich die weitere Spule bezüglich ihrer Art, insbesondere
ihrer Geometrie und/oder ihrer Windungszahl, von der Sensorspule.
Dies ist vorteilhaft, da das durch einen Schienenstrom entstehende
magnetische Feld aufgrund der Schienengeometrie üblicherweise
eine Höhenabhängigkeit aufweist. In Abhängigkeit
von den jeweiligen Gegebenheiten und insbesondere in Abhängigkeit
von dem jeweils vorliegenden Schienenprofil ist es daher vorteilhaft,
wenn sich die weitere Spule bezüglich ihrer Art beziehungsweise
Form, d. h. insbesondere ihrer Geometrie, und/oder ihrer Windungszahl,
von der Sensorspule unterscheidet, da hierdurch eine optimale Kompensation
von Störgrößen ermöglicht wird.
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Vorzugsweise
kann der erfindungsgemäße Radsensor auch derart
ausgeführt sein, dass zumindest zwei bezogen auf einen
im Schienenbereich angebrachten Radsensor in Schienenlängsrichtung voneinander
beabstandete Sensoreinrichtungen vorgesehen sind. Dies bietet den
Vorteil, dass mittels der zumindest zwei Sensoreinrichtungen, die
jeweils eine Sensorspule und eine weitere Spule aufweisen, eine
Bestimmung der Fahrtrichtung des vorbeirollenden Rades ermöglicht
wird. Bei einem solchen üblicherweise zweikanaligen Radsensor,
der somit zwei Sensoreinrichtungen aufweist, erzeugen die beiden Sensoreinrichtungen
beziehungsweise Sensorkanäle bei einer Befahrung durch
ein Rad eines Schienenfahrzeugs nacheinander zeitlich versetzte
Signale, die in einer nachfolgenden Auswerteeinheit zur Fahrtrichtungserkennung
des Schienenfahrzeugs genutzt werden können.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Hierzu zeigen
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1 eine
schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines an der Schiene angebrachten erfindungsgemäßen
Radsensors und
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2 eine
perspektivische Seitenansicht eines an einer Schiene angebrachten
zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Radsensors mit zwei Sensoreinrichtungen.
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1 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines an der Schiene angebrachten erfindungsgemäßen
Radsensors. Dargestellt ist in einem Schnitt senkrecht zur Schienenlängsrichtung
ein Radsensor 1, der eine Sensorspule 2 sowie
eine weitere Spule 3 aufweist. Die Sensorspule 2 sowie
die weitere Spule sind in einem Gehäuse 4 des
Radsensors 1 angeordnet, wobei der Radsensor 1 beziehungsweise
das Gehäuse 4 des Radsensors 1 mittels
Befestigungsmitteln 5 an einer Schiene 10 befestigt
ist.
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Die
Sensorspule 2 wird durch einen Wechselstrom gespeist und
ist Bestandteil eines auf eine induktive Wechselwirkung der Sensorspule 2 mit
vorbeirollenden Rädern empfindlichen Schwingkreises. Darüber
hinaus ist die Sensorspule 2 zur Unterdrückung
von Störfeldern mit der weiteren Spule 3 in einer
Gegenschaltung verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
wurde in 1 nicht nur auf die Darstellung
der zuvor genannten elektrischen Komponenten beziehungsweise Verbindungen,
sondern darüber hinaus auch auf eine Wiedergabe weiterer für
sich bekannter Komponenten des Radsensors 1 verzichtet.
Dies betrifft beispielsweise eine gegebenenfalls in dem Rad sensor 1 vorhandene Überwachungs-
beziehungsweise Auswerteschaltung sowie Kabelführungen
von und zu dem Radsensor 1.
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In 1 ist
der Radsensor 1 in seiner Position an der Schiene bei Überfahrt
eines Rades 20, das einen Spurkranz 21 aufweist,
dargestellt. Entsprechend der Darstellung in 1 ist die
Sensorspule 2 des Radsensors 1 so an der Schiene 10 positioniert, dass
das Feld der Sensorspule 2 durch den Spurkranz 21 des
Rades 20 gedämpft beziehungsweise bedämpft
wird.
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Wie
aus 1 ersichtlich, ist die weitere Spule 3 in
Bezug auf einen an der Schiene angebrachten beziehungsweise montierten
Radsensor 1 unterhalb der Sensorspule 2 angeordnet.
Dabei beträgt der Abstand A zwischen der Sensorspule 2 und der
weiteren Spule 3 zumindest ein Drittel des Innendurchmessers
D der Sensorspule 2. Hierdurch wird sicher gestellt, dass
der Einfluss der weiteren Spule 3 in Bezug auf eine Raddetektion
ausreichend gering ist, so dass eine anderenfalls aufgrund der Gegenschaltung
der Sensorspule 2 und der weiteren Spule 3 verursachte
Verminderung der Empfindlichkeit beziehungsweise der Funktionsfähigkeit
des Radsensors 1 bezüglich zu detektierender Räder 20 beziehungsweise
Spurkränze 21 von Rädern 20 vermieden
wird. Dies bedeutet, dass die weitere Spule 3 im Wesentlichen
keinen Beitrag zur Raddetektion liefert, sondern zumindest hauptsächlich
der Kompensation von Störfeldern, insbesondere der Schienenstromkompensation,
dient.
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In
dem Ausführungsbeispiel der 1 ist erkennbar,
dass die weitere Spule 3 derart angeordnet ist, dass ihre
Längsachse mit derjenigen der Sensorspule 2 zusammenfällt.
Darüber hinaus handelt es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sowohl bei der Sensorspule 2 als auch bei der weiteren
Spule 3 um Luftspulen, wodurch Probleme vermieden werden,
die auf grund von Sättigungseffekten bei Spulen mit Eisenkernen
auftreten können.
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Abweichend
von der Darstellung der 1 ist auch eine Ausführung
denkbar, bei der sich die Sensorspule 2 und die weitere
Spule 3 hinsichtlich ihrer Art, d. h. insbesondere ihrer
Geometrie und/oder ihrer Windungszahl, voneinander unterscheiden. Dies
kann vorteilhafterweise dazu benutzt werden, um in Abhängigkeit
von dem jeweiligen Schienenprofil eine optimale Störfeldkompensation
zu erreichen. Hintergrund hierbei ist, dass beispielsweise das durch
einen Schienenstrom verursachte magnetische Feld aufgrund der Schienengeometrie
in der Regel nicht höhenunabhängig ist, so dass
die in der Sensorspule 2 induzierte Spannung bei Verwendung von
gleichartigen Spulen üblicherweise von der in der weiteren
Spule 3 induzierten Spannung abweichen wird.
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2 zeigt
eine perspektivische Seitenansicht eines an einer Schiene angebrachten
zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Radsensors
mit zwei Sensoreinrichtungen. Dabei sind solche Komponenten, die
mit in 1 dargestellten Komponenten identisch beziehungsweise
im Wesentlichen funktionsgleich sind, mit demselben Bezugszeichen
bezeichnet.
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In
der seitlichen Ansicht der 2 ist erkennbar,
dass der dargestellte Radsensor 1 zwei Sensorspulen 2 und 6 sowie
zwei weitere Spulen 3 und 7 aufweist, die in dem
Gehäuse 4 des Radsensors 1 untergebracht
sind. Dabei sind jeweils die Spulen 2 und 3 sowie
die Spulen 6 und 7 Bestandteil einer Sensoreinrichtung,
d. h. der dargestellte Radsensor 1 weist zwei Sensoreinrichtungen
auf. Dabei ist jeweils die Sensorspule 2 beziehungsweise 6 der
jeweiligen Sensoreinrichtung mit der jeweiligen weiteren Spule 3 beziehungsweise 7 der
jeweiligen Sensoreinrichtung in einer Gegenschaltung verbunden,
so dass Störfelder kompensiert werden.
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Dadurch,
dass der Radsensor 1 zwei Sensoreinrichtungen aufweist,
wird es aufgrund einer zeitlichen Korrelation der durch die Sensoreinrichtungen erfassten
Signale möglich, die Fahrtrichtung eines vorbeirollenden
Rades beziehungsweise eines vorbeirollenden Schienenfahrzeugs zu
bestimmen. Aufgrund dessen ist der dargestellte Radsensor insbesondere
für eine Verwendung im Rahmen von Gleisfreimeldeanlagen
geeignet.
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Entsprechend
den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Radsensor 1 dahingehend
vorteilhaft, dass von außen induzierte Störeinflüsse
weitgehend unterdrückt werden, da diese sowohl die Sensorspule 2 beziehungsweise 6 als
auch die weitere Spule 3 beziehungsweise 7 im
Wesentlichen gleichermaßen beeinflussen. Hierzu gehören insbesondere
Schienenströme, da hier die Symmetrie der Einkopplung besonders
hoch ist. Jedoch können auch Störgrößen
anderer Quellen vorteilhafterweise kompensiert werden. Dabei ermöglicht
es die übereinanderliegende Anordnung der Spulen einer Sensoreinrichtung
vorteilhafterweise, dass bei einer Ausführung mit nur einer
Sensoreinrichtung für jede der Spulen, d. h. beispielsweise
sowohl für die Sensorspule 2 als auch für
die weitere Spule 3, die Länge des Gehäuses 4 in
Schienenlängsrichtung vollständig ausgenutzt werden
kann. Hierdurch wird eine besonders hohe Einwirklänge verbunden
mit einer hohen Empfindlichkeit sowohl in Schienenlängsrichtung als
auch senkrecht zur Schienenlängsrichtung erreicht. Umgekehrt
ermöglicht es der erfindungsgemäße Radsensor
vorteilhafterweise jedoch auch, eine besonders kompakte Bauform,
d. h. eine besonders geringe Gehäuselänge in Schienenlängsrichtung,
zu realisieren. Dies ist insbesondere in Situationen, in denen das
Platzangebot am Gleis beschränkt ist, von Vorteil.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10137519
A1 [0004, 0007]