DE102009032099A1

DE102009032099A1 - Einrichtung zum Detektieren eines mittels eines magnetischen Gleichfeldes übertragenen Informations-Signals

Info

Publication number: DE102009032099A1
Application number: DE200910032099
Authority: DE
Inventors: Frank Gertler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2011-01-05
Also published as: EP2448803A2; WO2011000707A3; EP2448803B1; WO2011000707A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mechanisch besonders robuste sowie auch höchsten Sicherheitsanforderungen genügende Einrichtung (10), insbesondere Empfangs-Einrichtung eines Systems zur magnetischen Zugbeeinflussung, zum Detektieren eines mittels eines magnetischen Gleichfeldes übertragenen Informations-Signals, wobei die Einrichtung (10) erfindungsgemäß zumindest einen Magnetfeld-Sensor (80, 90) zum Detektieren des Informations-Signals aufweist und zur Erzeugung eines magnetischen Prüffeldes sowie zur eigenständigen Überprüfung der Funktionsfähigkeit des zumindest einen Magnetfeld-Sensors (80, 90) anhand des erzeugten magnetischen Prüffeldes ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung, insbesondere Empfangs-Einrichtung eines Systems zur magnetischen Zugbeeinflussung, zum Detektieren eines mittels eines magnetischen Gleichfeldes übertragenen Informations-Signals.
Eine solche Einrichtung ist in Form einer Empfangs-Einrichtung eines Systems zur magnetischen Zugbeeinflussung aus der Firmenveröffentlichung der Siemens AG „Magnetische Zugbeeinflussung”, Bestell-Nr. A25090-A542-A101-3 bekannt.
Generell dient die magnetische Zugbeeinflussung üblicherweise zur Übertragung eines binären Informations-Signals von einer Strecke des schienen- beziehungsweise spurgebundenen Verkehrs an ein Fahrzeug. Hierbei wird zur Übertragung ein gerichtetes magnetisches Gleichfeld eingesetzt. Die magnetische Zugbeeinflussung kann beispielsweise zur automatischen Abgabe von Kommandos an das Fahrzeug dienen, z. B. zum Umschalten der Fahrspannung oder im Rahmen einer Brems- und Wachsamkeitskontrolle. Verwendungsschwerpunkt der magnetischen Zugbeeinflussung ist jedoch der Einsatz als Fahrsperre zur Zwangsbremsung von Schienenfahrzeugen an Halt zeigenden Signalen. Hierzu erzeugt ein schaltbarer Gleismagnet an Halt zeigenden Signalen ein Gleichmagnetfeld. Das Schienenfahrzeug trägt unter dem Fahrzeugboden eine Empfangs-Einrichtung, die das anliegende, das Informations-Signal tragende beziehungsweise darstellende Magnetfeld des Gleismagneten erkennt und daraufhin eine Meldung erzeugt beziehungsweise eine Aktion veranlasst.
Entsprechend den vorstehenden Ausführungen trägt die Empfangs-Einrichtung eines Systems zur magnetischen Zugbeeinflussung bei der gebräuchlichen Anwendung zur Zwangsbremsung von Schienenfahrzeugen an Halt zeigenden Signalen Sicherheitsanforderungen, so dass ein, insbesondere unerkannter, Ausfall der Empfangs-Einrichtung unbedingt zu vermeiden ist. Um dies zu gewährleisten werden bei den bislang eingesetzten Empfangs-Einrichtungen üblicherweise langjährig bewährte elektromechanische Relais verwendet, deren überschaubare Fehlerbilder komplexe Ausfallbilder ausschließen und deren Zuverlässigkeit bei täglicher Prüfung für die Anwendung als Fahrsperre als ausreichend eingestuft wird. Die derart aufgebauten bekannten Empfangs-Einrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass ihr Sicherheitsniveau nicht in theoretischer Form nachweisbar ist, so dass sie lediglich als „betriebsbewährt” eingestuft werden können. Zu beachten ist hierbei jedoch, dass die mechanischen Bauelemente in den bekannten elektromechanischen Empfangs-Einrichtungen erfahrungsgemäß einem Verschleiß unterliegen. Dies hat zur Folge, dass heutige Kundenanforderungen an die Sicherheit von Empfangs-Einrichtungen der magnetischen Zugbeeinflussung häufig nicht mehr ausreichend erfüllt werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanisch besonders robuste sowie auch höchsten Sicherheitsanforderungen genügende Einrichtung zum Detektieren eines mittels eines magnetischen Gleichfeldes übertragenen Informations-Signals anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung, insbesondere Empfangs-Einrichtung eines Systems zur magnetischen Zugbeeinflussung, zum Detektieren eines mittels eines magnetischen Gleichfeldes übertragenen Informations-Signals, wobei die Einrichtung zumindest einen Magnetfeld-Sensor zum Detektieren des Informations-Signals aufweist und zur Erzeugung eines magnetischen Prüffeldes sowie zur eigenständigen Überprüfung der Funktionsfähigkeit des zumindest einen Magnetfeld-Sensors anhand des erzeugten magnetischen Prüffeldes ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist vorteilhaft, da sie die Verwendung eines Magnetfeld-Sensors zum Detektieren des Informations-Signals ermöglicht. Dabei werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung solche Sensoren als Magnetfeld-Sensoren bezeichnet, deren Funktionsweise auf einer Wirkung des zu detektierenden magnetischen Feldes auf hart- oder weichmagnetische Werkstoffe oder andere Festkörper, wie Widerstandsschichten oder insbesondere auch Halbleiter, beruht. Beispiele hierfür sind Hall-Sensoren oder auch so genannte GMR (Giant Magneto-Resistive)-, AMR (Anisotropic Magneto-Resistive)-, MDR (Magnetic Dependent Resistor)- oder Wiegand-Sensoren. Hinsichtlich eines Einsatzes bei sicherheitskritischen Komponenten weisen entsprechende Magnetfeld-Sensoren jedoch in der Regel den Nachteil auf, dass sie sowohl in Abwesenheit eines magnetischen Gleichfeldes als auch im Falle von Defekten keine Signalspannungen abgeben. Dies hat zur Folge, dass das in der Sicherheitstechnik üblicherweise angewendete Ruhestromprinzip bei entsprechenden Magnetfeld-Sensoren in der Regel nicht unmittelbar zur Anwendung gelangen kann. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass etwa im Falle einer Einrichtung in Form einer Empfangs-Einrichtung eines Systems zur magnetischen Zugbeeinflussung die Funktion der Fahrsperre üblicherweise nur sehr selten zum Tragen kommen sollte, so dass ein das Informations-Signal übertragenes magnetisches Gleichfeld ebenfalls nur sehr selten an der Empfangs-Einrichtung anliegt. Dies bedeutet, dass eine Ausfalloffenbarung des zumindest einen Magnetfeld-Sensors im Rahmen des üblichen Betriebs der Einrichtung insbesondere bei sicherheitskritischen Anwendungen nicht möglich beziehungsweise nicht gewährleistet ist.
Um nun auch im Falle der Verwendung zumindest eines Magnetfeld-Sensors zum Detektieren des Informations-Signals dennoch hohen beziehungsweise höchsten Sicherheitsanforderungen genügen zu können, ist die erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Prüffeldes sowie zur eigenständigen Überprüfung der Funktionsfähigkeit des zumindest einen Magnetfeld-Sensors anhand des erzeugten magnetischen Prüffeldes ausgebildet. Dies bietet den Vorteil, dass die Einrichtung eigenständig, d. h. ohne dass hierfür eine Interaktion mit einer externen Komponente, wie beispielsweise einem Gleismagnet, erforderlich wäre, überprüfen kann, ob der zumindest eine Magnetfeld-Sensor, sowie gegebenenfalls darüber hinaus auch zur Signalverarbeitung verwendete, dem zumindest einem Magnetfeld-Sensor nachgeordnete Elektronikkomponenten, funktionsfähig sind. Hierdurch wird es der Einrichtung im Falle des Ausfalls des Magnetfeld-Sensors beziehungsweise eines der Magnetfeld-Sensoren ermöglicht, erforderliche Maßnahmen zu veranlassen. Eine solche Maßnahme kann einerseits in der Ausgabe einer Fehlermeldung oder eines Alarmsignals bestehen oder auch darin, dass etwa im Falle einer Einrichtung in Form einer Empfangs-Einrichtung eines Systems zur magnetischen Zugbeeinflussung vorsorglich eine Zwangsbremsung beziehungsweise eine Fahrsperre ausgelöst wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass grundsätzlich bereits das Anliegen des magnetischen Gleichfeldes als solches das Informations-Signal darstellen kann. In solchen Fällen, in denen beispielsweise im Falle einer Einrichtung der magnetischen Zugbeeinflussung bei in beiden Richtungen befahrenen Gleisen eine Beeinflussung jeweils lediglich im Hinblick auf eine der beiden Richtungen gewünscht ist, kann darüber hinaus jedoch auch zusätzlich die Polarität beziehungsweise Richtung des magnetischen Gleichfeldes zusätzlich zum Anliegen des Gleichfeldes als solchen das mittels des magnetischen Gleichfeldes übertragene Informations-Signal bilden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart ausgestaltet, dass die Einrichtung zum Erfassen des durch das magnetische Gleichfeld bewirkten magnetischen Flusses einen Magnetkreis aufweist. Dies bietet den Vorteil, dass mittels des Magnetkreises, der vorzugsweise aus weichmagnetischem Material besteht, eine Konzentration beziehungsweise Bündelung der magnetischen Feldlinien erreicht wird. Hierdurch wird somit die Detektion des Informations-Signals durch den zumindest einen Magnetfeld-Sensor verbessert. Sofern der Magnetkreis aus weichmagnetischem Material besteht, wird darüber hinaus eine Beeinflussung des zumindest einen Magnetfeld-Sensors durch den Magnetkreis im Falle der Abwesenheit eines Informations-Signals vermieden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart ausgeführt, dass der Magnetkreis derart ausgebildet ist, dass der erfasste magnetische Fluss in zumindest zwei magnetische Teilflüsse aufgeteilt wird, so dass ein erster Teil des Magnetkreises von einem ersten magnetischen Teilfluss und ein zweiter Teil des Magnetkreises von einem zweiten magnetischen Teilfluss durchsetzt wird. Dies bietet den Vorteil, dass die Voraussetzungen für eine besonders zuverlässige und sichere Erzeugung des magnetischen Prüffeldes geschaffen werden.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart weitergebildet, dass die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Prüffeldes zumindest eine erste Prüfspule zum Einspeisen eines ersten magnetischen Prüfflusses in den ersten Teil des Magnetkreises, zumindest eine zweite Prüfspule zum Einspeisen eines zweiten magnetischen Prüfflusses in den zweiten Teil des Magnetkreises sowie einem Signalgenerator zum Beaufschlagen der Prüfspulen mit einem elektrischen Strom aufweist. Dies ist vorteilhaft, da mittels der Prüfspulen lokale Prüfflüsse in den Magnetkreis eingespeist werden können. Dabei werden ein gegebenenfalls anliegendes Informations-Signal, das einen entsprechenden Informationsfluss in den Magnetkreis bewirkt, sowie die jeweiligen Prüfflüsse vorteilhafterweise bereits im Magnetkreis selbst untrennbar miteinander verkoppelt. So erlaubt die Geometrie des Magnetkreises die Aufteilung des magnetischen Informationsflusses in zwei parallele Teilflüsse, wodurch eine ringförmige Überlagerung mit den magnetischen Prüfflüssen ermöglicht wird. Vorteilhafterweise erfolgt dabei die Einspeisung der Prüfflüsse in den Magnetkreis derart, dass eine Behinderung der Nutzsignalverarbeitung vermieden wird. Darüber hinaus wird das magnetische Prüffeld mittels der magnetischen Prüfflüsse vorteilhafterweise bereits ganz am Anfang der Verarbeitungskette erzeugt, so dass Ausfälle nachfolgender Komponenten, insbesondere des zumindest einen Magnetfeld-Sensors, zuverlässig erkannt werden können.
Vorzugsweise werden die Prüfspulen durch den Signalgenerator mit einem zeitlich veränderlichen elektrischen Strom beaufschlagt. Dies bietet den Vorteil, dass bei der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des zumindest einen Magnetfeld-Sensors nicht nur die Amplitude, sondern darüber hinaus auch die Frequenz berücksichtigt werden kann. Darüber hinaus können in diesem Fall zumindest zum Nachweis des magnetischen Prüffeldes auch solche Magnetfeld-Sensoren verwendet werden, die lediglich zum Detektieren sich ändernder Magnetfelder in der Lage sind. Sofern der zumindest eine Magnetfeld-Sensor zum Detektieren eines magnetischen Gleichfeldes, d. h. eines konstanten Magnetfelds, ausgebildet ist, können die Prüfspulen durch den Signalgenerator grundsätzlich jedoch auch mit einem konstanten elektrischen Strom beaufschlagt werden.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch derart weitergebildet sein, dass der Signalgenerator zum zyklischen oder kontinuierlichen Beaufschlagen der Prüfspulen mit einem elektrischen Strom ausgebildet ist. Dies ist vorteilhaft, da somit durch eine zyklische oder kontinuierliche Messung des durch die Prüfflüsse hervorgerufenen magnetischen Prüffeldes die Funktionsfähigkeit des zumindest einen Magnetfeld-Sensors und der üblicherweise vorhandenen Auswerteelektronik während des Betriebs der Einrichtung permanent überwacht werden kann. Vorteilhafterweise ist hierbei ausgeschlossen, dass die Erkennung eines spontan auftretenden Informations-Signals, das einen entsprechenden Informationsfluss in dem Magnetkreis bewirkt, behindert wird.
Grundsätzlich sind Anordnungen denkbar, bei denen lediglich ein Magnetfeld-Sensor vorgesehen ist. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist im Bereich des ersten Teils des Magnetkreises zumindest ein erster Magnetfeld-Sensor zum Erzeugen eines ersten Sensor-Signals und im Bereich des zweiten Teils des Magnetkreises zumindest ein zweiter Magnetfeld-Sensor zum Erzeugen eines zweiten Sensor-Signals vorgesehen. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch eine besonders einfache Verarbeitung der Sensor-Signale ermöglicht wird. Darüber hinaus wird die Sicherheit der Einrichtung durch die Verwendung zumindest eines ersten Magnetfeld-Sensors sowie zumindest eines zweiten Magnetfeld-Sensors im Vergleich zu Einrichtungen mit lediglich einem Magnetfeld-Sensor in der Regel erhöht.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung sind die Magnetfeld-Sensoren in Luftspalten des Magnetkreises angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass die jeweiligen magnetischen Flüsse den jeweiligen Magnetfeld-Sensor gezielt zugeführt werden, so dass die in den Luftspalten des Magnetkreises angeordneten Magnetfeld-Sensoren eine hohe Sensitivität aufweisen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart ausgeprägt, dass der zumindest eine erste Magnetfeld-Sensor in einem ersten Luftspalt des ersten Teils des Magnetkreises und der zumindest eine zweite Magnetfeld-Sensor in einem zweiten Luftspalt des zweiten Teils des Magnetkreises angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der zumindest eine erste Magnetfeld-Sensor vorzugsweise in genau einem ersten Luftspalt des ersten Teils des Magnetkreises angeordnet ist, während der zumindest eine zweite Magnetfeld-Sensor vorzugsweise in genau einem Luftspalt des zweiten Teils des Magnetkreises angeordnet ist. Darüber hinaus sind alternativ jedoch auch Anordnungen denkbar, bei denen sowohl der erste Teil des Magnetkreises als auch der zweite Teil des Magnetkreises mehrere Luftspalte aufweisen und in jedem dieser Luftspalte zumindest ein jeweiliger Magnetfeld-Sensor angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in dem ersten Luftspalt des ersten Teils des Magnetkreises zwei erste Magnetfeld-Sensoren und in dem zweiten Luftspalt des zweiten Teils des Magnetkreises zwei zweite Magnetfeld-Sensoren angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass beginnend mit der Signalentstehung eine zweikanalige Ausführung der Einrichtung gewährleistet wird. Bei entsprechender zweikanaliger Weiterverarbeitung der durch die jeweiligen Magnetfeld-Sensoren erzeugten Sensor-Signale wird eine besonders hohe Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit gewährleistet.
Entsprechend den diesbezüglichen vorstehenden Ausführungen können die Magnetfeld-Sensoren grundsätzlich nach unterschiedlichen Wirkprinzipien arbeiten sowie auf verschiedene Arten und Weisen realisiert sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung sind der zumindest eine erste Magnetfeld-Sensor sowie der zumindest eine zweite Magnetfeld-Sensor jeweils als Halbleitersensor ausgebildet. Dabei werden als Halbleitersensoren solche Sensoren bezeichnet, die im Wesentlichen aus Halbleitern aufgebaut sind. Beispiels hierfür sind Hall-Sensoren oder auch MDR-Sensoren, die auch als Feldplatten bezeichnet werden. Entsprechende Halbleitersensoren bieten den Vorteil, dass sie eine geringe Baugröße aufweisen, häufig bereits in Form integrierter Schaltungen verfügbar sind sowie vergleichsweise zuverlässig und kostengünstig sind.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung sind der zumindest eine erste Magnetfeld-Sensor sowie der zumindest eine zweite Magnetfeld-Sensor jeweils als Hall-Sensor ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da Hall-Sensoren die zuvor genannten Vorteile von Halbleitersensoren in besonders hohem Maße aufweisen.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch derart weitergebildet sein, dass die Einrichtung derart ausgebildet ist, dass das Informations-Signal anhand eines aus dem ersten Sensor-Signal und dem zweiten Sensor-Signal gebildeten Summensignals detektiert wird. Dies ist vorteilhaft, da somit zum Detektieren des Informations-Signals der gesamte erfasste magnetische Fluss berücksichtigt wird.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist diese derart ausgebildet, dass bei nicht vorhandenem Informations-Signal das durch das magnetische Prüffeld bewirkte Summensignal null beziehungsweise im Wesentlichen null beträgt. Eine solche Kompensation bietet den Vorteil, dass eine Fehlerkennung des magnetischen Prüffeldes als zu detektierendes magnetisches Gleichfeld besonders zuverlässig vermieden wird. Vorzugsweise ist die Einrichtung dabei derart ausgeführt, dass der erste magnetische Teilfluss sowie der zweite magnetische Teilfluss in dem jeweiligen ersten beziehungsweise zweiten Magnetfeld-Sensor Signale unterschiedlicher Polarität bewirken. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die jeweiligen magnetischen Flüsse in entsprechenden Luftspalten Magnetfelder mit unterschiedlichen Vorzeichen erzeugen, die in den dort angeordneten Magnetfeld-Sensoren Signalspannungen mit unterschiedlichen Vorzeichen hervorrufen. Dadurch, dass die Summe der durch den Prüffluss hervorgerufenen Signalspannungen der Magnetfeld-Sensoren ohne zusätzlichen Informationsfluss, d. h. in Abwesenheit des Informations-Signals, zu jedem Zeitpunkt null oder zumindest im Wesentlichen null beträgt, haben Kurvenform und Amplitudenverlauf des Prüffeldes vorteilhafterweise keinen Einfluss auf das Summensignal.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch derart ausgeprägt sein, dass die Einrichtung zur eigenständigen Überprüfung der Funktionsfähigkeit des zumindest einen ersten Magnetfeld-Sensors anhand des ersten Sensor-Signals und zur eigenständigen Überprüfung der Funktionsfähigkeit des zumindest einen zweiten Magnetfeld-Sensors anhand des zweiten Sensor-Signals ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Funktionsfähigkeit der Halbleiter-Sensoren vorteilhafterweise für jeden der Halbleiter-Sensoren separat überwacht wird. Weicht ein – in der Regel durch das magnetische Prüffeld bewirktes – Sensor-Signal in seiner Frequenz und/oder Amplitude vom erwarteten Wert ab, so wird der zugehörige Magnetfeld-Sensor hierdurch als ausgefallen erkannt und es kann eine sicherheitsgerichtete Reaktion eingeleitet werden.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch derart ausgeführt sein, dass im Bereich des ersten Teils des Magnetkreises beidseits des ersten Luftspalts jeweils eine erste Prüfspule und im Bereich des zweiten Teils des Magnetkreises beidseits des zweiten Luftspalts jeweils eine zweite Prüfspule angeordnet ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass hierdurch in besonders hohem Maße gewährleistet wird, dass der magnetische Prüffluss mit kleinstmöglicher Streuung ringförmig im Magnetkreis auftritt. Hierdurch wird insbesondere vermieden, dass das magnetische Prüffeld an gegebenenfalls zum Erfassen des Informations-Signals vorhandenen Polplatten auftritt beziehungsweise verstärkt auftritt, wodurch eine Verdeckung oder ungewollte Erzeugung eines Informationsflusses bewirkt werden könnte.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigt
1 in einer Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung und
2 in einer Seitenansicht ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung.
1 zeigt in einer Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung. Dargestellt ist eine Einrichtung 10 zum Detektieren eines mittels eines magnetischen Gleichfeldes übertragenen Informations-Signals. Zwar ist die Erfindung grundsätzlich auf beliebige Arten von Einrichtungen zum Detektieren eines mittels eines magnetischen Gleichfeldes übertragenen Informations-Signals anwendbar. Im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels sei jedoch angenommen, dass es sich bei der Einrichtung 10 um eine Empfangs-Einrichtung eines Systems zur magnetischen Zugbeeinflussung handelt. Eine solche Erzeugungs-Einrichtung 10 kann auch als Magnetfeldantenne bezeichnet werden.
Zum Erfassen des durch das zu detektierende magnetische Gleichfeld beziehungsweise das mittels dieses Gleichfeldes übertragene Informations-Signals bewirkten magnetischen Flusses weist die Einrichtung 10 einen Magnetkreis 20 aus weichmagnetischem Material auf. Bei dem weichmagnetischen Material des Magnetkreises 20 kann es sich beispielsweise um (Weich-)Eisen oder Stahl handeln.
Entsprechend der Darstellung in 1 bewirkt ein zu detektierendes magnetisches Gleichfeld einen in den Magnetkreis 20 eintretenden magnetischen Fluss Φ_info. Dabei wird der magnetische Fluss Φ_info von einem unterhalb der Einrichtung 10 angeordneten Gleismagneten des Systems zur magnetischen Zugbeeinflussung entsprechend der Darstellung in der 1 im Wesentlichen senkrecht nach oben gerichtet an die Einrichtung 10 übertragen.
Der Magnetkreis 20 ist nun derart ausgebildet, dass der erfasste magnetische Fluss Φ_info in zumindest zwei magnetische Teilflüsse aufgeteilt wird, so dass ein erster Teil des Magnetkreises 21 von einem ersten magnetischen Teilfluss Φ_info1 und ein zweiter Teil 22 des Magnetkreises 20 von einem zweiten magnetischen Teilfluss Φ_info2 durchsetzt wird.
Entsprechend der Darstellung in 1 weist die Einrichtung 10 des Weiteren erste Prüfspulen 30, 40 zum Einspeisen eines ersten magnetischen Prüfflusses in den ersten Teil 21 des Magnetkreises 20, zweite Prüfspulen 50, 60 zum Einspeisen eines zweiten magnetischen Prüfflusses in den zweiten Teil 22 des Magnetkreises 20 sowie einen Signalgenerator 70 zum Beaufschlagen der Prüfspulen 30, 40, 50, 60 mit einem elektrischen Strom auf. Dabei ist der Signalgenerator 70 zum zyklischen oder kontinuierlichen Beaufschlagen der Prüfspulen 30, 40, 50, 60 mit einem elektrischen Strom ausgebildet. Im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels sei angenommen, dass es sich bei dem elektrischen Strom um einen zeitlich veränderlichen Strom, d. h. einen Wechselstrom, handelt. Dabei ist ein Umschalten der Polarität des elektrischen Stromes in 1 einerseits hinsichtlich der Richtung des fließenden elektrischen Stromes und andererseits hinsichtlich der Richtung des durch den ersten magnetischen Prüffluss sowie den zweiten magnetischen Prüffluss insgesamt gebildeten gesamten Prüfflusses Φ_p angedeutet.
Zum Detektieren der in dem Magnetkreis 20 fließenden magnetischen Flüsse Φ_info1 beziehungsweise Φ_info2 sowie des magnetischen Prüfflusses Φ_p ist entsprechend 1 im Bereich des ersten Teils 21 des Magnetkreises 20 zumindest ein erster Magnetfeld-Sensor 80 zum Erzeugen eines ersten Sensor-Signals U₁ und im Bereich des zweiten Teils 22 des Magnetkreises 20 zumindest ein zweiter Magnetfeld-Sensor 90 zum Erzeugen eines zweiten Sensor-Signals U₂ vorgesehen. Dabei ist der erste Magnetfeld-Sensor 80 in einem ersten Luftspalt 100 des ersten Teils 21 des Magnetkreises 20 und der zweite Magnetfeld-Sensor 90 in einem zweiten Luftspalt 110 des zweiten Teils 22 des Magnetkreises 20 angeordnet. Im Folgenden sei angenommen, dass es sich bei den Magnetfeld-Sensoren 80, 90 um Halbleiter-Sensoren in Form von Hall-Sensoren handelt.
Die Einrichtung 10 weist weiterhin einen Summierer 120 auf, der aus dem ersten Sensor-Signal U₁ sowie dem zweiten Sensor-Signal U₂ ein Summensignal bildet. Die Sensor-Signale U₁, U₂ werden darüber hinaus jeweils für sich zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des ersten Magnetfeld-Sensors 80 sowie des zweiten Magnetfeld-Sensors 90 verwendet. Hierzu weist die Einrichtung 10 Überwachungseinrichtungen 130, 140 auf, die insbesondere im Falle des Beaufschlagens der Prüfspulen 30, 40, 50, 60 mit einem elektrischen Strom überprüfen, dass die Sensor-Signale U₁ beziehungsweise U₂ hinsichtlich ihrer Frequenz und/oder Amplitude mit erwarteten Werten übereinstimmen. Werden hierbei unerwartete Abweichungen festgestellt, so wird der zugehörige Magnetfeld-Sensor 80 beziehungsweise 90 als ausgefallen erkannt und ein Ruhestromkontakt 150 beziehungsweise 160 geöffnet. Hierdurch wird eine sicherheitstechnische Reaktion der Einrichtung 10 ausgelöst, bei der es sich insbesondere um eine Fahrsperre beziehungsweise Zwangsbremse des betreffenden Schienenfahrzeugs handeln kann. In entsprechender Weise wird ein Ruhestromkontakt 170 durch den Summierer 120 geöffnet, sofern die Summe der Sensor-Signale U₁, U₂ über einem das Anliegen eines Informations-Signals kennzeichnenden Schwellenwert liegt.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 werden die Sensor-Signale U₁, U₂ der jeweiligen Überwachungseinrichtung 130 beziehungsweise 140 über Kondensatoren 180 beziehungsweise 190 zugeführt. Aufgrund der Verwendung eines zeitlich veränderlichen Stromes, der durch den Signalgenerator 70 eingespeist wird, wird hierdurch eine besonders zuverlässige Störunterdrückung erreicht.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Überwachungseinrichtungen 130 und 140 sowie der Summierer 120 vorzugsweise als eine integrierte elektronische Komponente ausgeführt werden können.
Hierbei kann beispielsweise ein Mikroprozessor oder ein digitaler Signalprozessor eingesetzt werden.
Die in 1 gezeigte Einrichtung weist insbesondere auch den Vorteil auf, dass die Summe der durch den Prüffluss Φ_p hervorgerufenen Sensor-Signale U₁ und U₂ der beiden Magnetfeld-Sensoren 80 und 90 ohne zusätzlichen Informationsfluss Φ_info zu jedem Zeitpunkt null beziehungsweise zumindest im Wesentlichen null beträgt. Tritt jedoch zusätzlich zum Prüffluss ein Informationsfluss Φ_info im Magnetkreis 20 auf, so addieren beziehungsweise subtrahieren sich die jeweiligen Informationsflüsse Φ_info1, Φ_info2 und der jeweilige Prüffluss Φ_p in Abhängigkeit von der jeweiligen Polarität des Prüfflusses Φ_p in den jeweiligen Luftspalten 100 beziehungsweise 110. Hierdurch wird gerade erreicht, dass die Summe der Sensor-Signale U₁, U₂ ein Maß für die magnetischen Teilflüsse Φ_info1 und Φ_info2 ist. Dies bedeutet, dass die Summe der Sensor-Signale beziehungsweise Signalspannungen U₁, U₂ der Magnetfeldsensoren 80, 90 in den beiden Luftspalten 100, 110 in diesem Fall nicht mehr null ist, sondern ein Maß für den von außen zugeführten Informationsfluss Φ_info darstellt.
Somit ermöglicht es die beschriebene Einrichtung vorteilhafterweise, dass die Magnetfeld-Sensoren 80, 90 sowie die nachfolgende Auswerteelektronik permanent überwacht werden. Dies erlaubt es, die resultierende Sicherheitsqualität beispielsweise nach den bekannten Verfahren des europäischen Komitees für elektrotechnische Normung CENELEC nachzuweisen, wobei insbesondere der Vorteil besteht, dass elektromechanische Bauelemente in der Einrichtung 10 nicht erforderlich sind.
Entsprechend den vorstehenden Ausführungen weist die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 gemäß 1 den Vorteil auf, dass die Aufteilung des magnetischen Informationsflusses Φ_info in zwei parallele Teilflüsse Φ_info1, Φ_info2 eine ringförmige Überlagerung mit einem magnetischen Prüffluss Φ_p erlaubt. Dabei erlaubt die Geometrie des Magnetkreises 20 eine verbindungsfreie Konstruktion der den Informationsfluss Φ_info zuführenden Polplatten und der als Magnetfeldkonzentratoren wirkenden Schenkel des Magnetkreises 20. Die Verkettung von Prüf- und Informationsfluss kann somit als unverlierbar angesehen werden. Dabei kann der Magnetkreis 20 vorteilhafterweise in besonderes einfacher Form, beispielsweise in Form zweier Stanzbleche, ausgeführt werden.
Vorteilhafterweise erlaubt der Magnetkreis 20 weiterhin die Einspeisung des Prüfsignals beziehungsweise des Prüffeldes ohne Behinderung der Nutzsignalverarbeitung. Dadurch, dass die Einspeisung des Prüf-Signals am Anfang der Verarbeitungskette erfolgt, ist die Möglichkeit zur Datenfluss unabhängigen Prüfung der Funktionsfähigkeit insbesondere der Magnetfeld-Sensoren 80, 90 im Betrieb der Einrichtung 10 gegeben.
Darüber hinaus erlaubt insbesondere die in 1 gezeigte gegenüberliegende Anordnung der Magnetfeld-Sensoren 80 und 90 eine besonders einfache Messung des erzeugten magnetischen Prüfflusses Φ_p sowie eine besonders einfache Rekonstruktion des Informationsflusses Φ_info durch Bildung der Summe der Sensor-Signale U₁ und U₂. Dabei ist gewährleistet, dass der Prüffluss Φ_p zu keinem Zeitpunkt einen anliegenden Informationsfluss Φ_info verdecken oder ungewollt hervorrufen kann.
Gemäß der Darstellung der 1 sind die Prüfspulen 30, 40, 50, 60 vorteilhafterweise so angeordnet, dass der magnetische Prüffluss Φ_P mit kleinstmöglicher Streuung ringförmig im Magnetkreis 20 auftritt. Vorteilhafterweise tritt hierbei kein Prüffeld an den seitlichen Polplatten auf, so dass eine Verdeckung oder ungewollte Erzeugung eines Informationsflusses Φ_info ausgeschlossen ist.
2 zeigt in einer Seitenansicht ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung. Dabei ist eine besonders flache Ausführungsform in der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 gezeigt, bei der Elektronik und Magnetkreis zu einer konstruktiven Einheit verbunden sind. Hierzu weist die Einrichtung 10 eine Leiterplatte 200, einen Abstandsrahmen 210, einen Magnetkreis beziehungsweise Polplatten 220, einen Magnetfeld-Sensor 230, Spulenträger 240 und 250, elektronische Bauelemente 260 sowie ein Gehäuse 270 auf.
Entsprechend der Darstellung in 2 sind die verschiedenen Komponenten miteinander verschraubt, wodurch eine zuverlässige Verbindung gewährleistet wird.
Bei den elektronischen Bauelementen 260 kann es sich beispielsweise um Überwachungseinrichtungen sowie Summierer entsprechend der Darstellung der 1 handeln. Darüber hinaus kann auch der grundsätzliche funktionale Aufbau der Einrichtung 10 demjenigen der 1 entsprechen, in welchem Fall in der Darstellung der 2 verdeckte weitere Komponenten, wie weitere Prüfspulen sowie ein weiterer Magnetfeld-Sensor, vorhanden sind.
Durch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 gemäß 2 wird vorteilhafterweise eine besonders kompakte, Platz sparende und gegenüber Störungen besonders unempfindliche Anordnung erzielt.

Claims

Einrichtung (10), insbesondere Empfangs-Einrichtung eines Systems zur magnetischen Zugbeeinflussung, zum Detektieren eines mittels eines magnetischen Gleichfeldes übertragenen Informations-Signals, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) zumindest einen Magnetfeld-Sensor (80, 90) zum Detektieren des Informations-Signals aufweist und zur Erzeugung eines magnetischen Prüffeldes sowie zur eigenständigen Überprüfung der Funktionsfähigkeit des zumindest einen Magnetfeld-Sensors (80, 90) anhand des erzeugten magnetischen Prüffeldes ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) zum Erfassen des durch das magnetische Gleichfeld bewirkten magnetischen Flusses (Φ_info) einen Magnetkreis (20) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis (20) derart ausgebildet ist, dass der erfasste magnetische Fluss (Φ_info) in zumindest zwei magnetische Teilflüsse (Φ_info1, Φ_info2) aufgeteilt wird, so dass ein erster Teil (21) des Magnetkreises (20) von einem ersten magnetischen Teilfluss (Φ_info1) und ein zweiter Teil (22) des Magnetkreises (20) von einem zweiten magnetischen Teilfluss (Φ_info2) durchsetzt wird.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) zur Erzeugung des magnetischen Prüffeldes zumindest eine erste Prüfspule (30, 40) zum Einspeisen eines ersten magnetischen Prüfflusses in den ersten Teil (21) des Magnetkreises (20), zumindest eine zweite Prüfspule (50, 60) zum Einspeisen eines zweiten magnetischen Prüfflusses in den zweiten Teil (22) des Magnetkreises (20) sowie einem Signalgenerator (70) zum Beaufschlagen der Prüfspulen (30, 40, 50, 60) mit einem elektrischen Strom aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator (70) zum zyklischen oder kontinuierlichen Beaufschlagen der Prüfspulen (30, 40, 50, 60) mit einem elektrischen Strom ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des ersten Teils (21) des Magnetkreises (20) zumindest ein erster Magnetfeld-Sensor (80) zum Erzeugen eines ersten Sensor-Signals (U₁) und im Bereich des zweiten Teils (22) des Magnetkreises (20) zumindest ein zweiter Magnetfeld-Sensor (90) zum Erzeugen eines zweiten Sensor-Signals (U₂) vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeld-Sensoren (80, 90) in Luftspalten (100, 110) des Magnetkreises (20) angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Magnetfeld-Sensor (80) in einem ersten Luftspalt (100) des ersten Teils (21) des Magnetkreises (20) und der zumindest eine zweite Magnetfeld-Sensor (90) in einem zweiten Luftspalt (110) des zweiten Teils (22) des Magnetkreises (20) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Luftspalt (100) des ersten Teils (21) des Magnetkreises (20) zwei erste Magnetfeld-Sensoren (80) und in dem zweiten Luftspalt (110) des zweiten Teils (22) des Magnetkreises (20) zwei zweite Magnetfeld-Sensoren (90) angeordnet sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Magnetfeld-Sensor (80) sowie der zumindest eine zweite Magnetfeld-Sensor (90) jeweils als Halbleitersensor ausgebildet sind.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Magnetfeld-Sensor (80) sowie der zumindest eine zweite Magnetfeld-Sensor (90) jeweils als Hall-Sensor ausgebildet sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass das Informations-Signal anhand eines aus dem ersten Sensor-Signal (U₁) und dem zweiten Sensor-Signal (U₂) gebildeten Summensignals detektiert wird.
Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass bei nicht vorhandenem Informations-Signal das durch das magnetische Prüffeld bewirkte Summensignal null beträgt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) zur eigenständigen Überprüfung der Funktionsfähigkeit des zumindest einen ersten Magnetfeld-Sensors (80) anhand des ersten Sensor-Signals (U₁) und zur eigenständigen Überprüfung der Funktionsfähigkeit des zumindest einen zweiten Magnetfeld-Sensors (90) anhand des zweiten Sensor-Signals (U₂) ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des ersten Teils (20) des Magnetkreises (20) beidseits des ersten Luftspalts (100) jeweils eine erste Prüfspule (30, 40) und im Bereich des zweiten Teils (22) des Magnetkreises (20) beidseits des zweiten Luftspalts (110) jeweils eine zweite Prüfspule (50, 60) angeordnet ist.