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Die Erfindung betrifft einen Radsensor, insbesondere für eine Gleisfreimeldeanlage, mit mindestens einer gleisseitigen induktiven Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Magnetfeldänderung infolge das Gleis überfahrender Eisenräder eines Schienenfahrzeuges, wobei die Sensoreinrichtung Spulen zur Kompensation störender Magnetfelder aufweist.
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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. Derartige Radsensoren weisen zumindest eine Spule auf, die bevorzugt in einem elektrischen Schwingkreis angeordnet und mit Wechselstrom gespeist ist. Die Eisenmasse eines vorbeirollenden Rades bzw. einer vorbeirollenden Achse führt zu einer Bedämpfung des Magnetfeldes der Spule, so dass eine Befahrung durch ein Rad anhand einer hierdurch verursachten Änderung der Eigenschaften, beispielsweise der Schwingamplitude oder der Güte, des elektrischen Schwingkreises nachweisbar ist.
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Allerdings sind induktiv arbeitende Radsensoren auch empfindlich gegenüber induktiv eingekoppelten Störspannungen auf der Arbeitsfrequenz, wie sie beispielsweise durch Schienenströme verursacht werden können. So kann z. B. der Rückleiterstrom einer Lokomotive durch die Schiene bzw. der Oberwellenanteil dieses Rückleiterstromes ein Störsignal in Form einer Schwebung verursachen. Eine solche Schwebung lässt sich bei induktiven Radsensoren 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 weitere Radsensoren mit gleicher Arbeitsfrequenz gestört werden. Weiterhin können Störungen auch durch impulsartig auftretende hohe Kommutierungsstromflanken des Schienenstromes oder durch Leitungen und Transformatoren von vorbeifahrenden Zügen verursacht bzw. induziert werden.
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Ein aus der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 101 37 519 A1 bekannter Radsensor weist zur Kompensation störender Magnetfelder 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 bzw. 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 eine Gleisfreimeldeanlage, mit mindestens einer gleisseitigen induktiven Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Magnetfeldänderung infolge das Gleis überfahrender Eisenräder eines Schienenfahrzeuges, wobei die Sensoreinrichtung Spulen zur Kompensation störender Magnetfelder aufweist und wobei eine Wechselstrom gespeiste Sendespule und ein Empfangsspulensystem mit einer ersten Empfangsspule und einer mit dieser zur Unterdrückung von äußeren Störfeldern in einer Gegenschaltung verbundenen zweiten Empfangsspule vorgesehen sind, wobei die erste Empfangsspule oberhalb und die zweite Empfangsspule unterhalb der Sendespule angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß ist die Sendespule des Radsensors somit unterhalb der ersten Empfangsspule und oberhalb der zweiten Empfangsspule angeordnet. Dabei bezieht sich die Angabe „oberhalb” bzw. „unterhalb” auf die Ausrichtung eines im Schienenbereich ordnungsgemäß angebrachten Radsensors. Dies bedeutet, dass die Längsachse der Sendespule im Wesentlichen senkrecht zur Schienenlängsrichtung steht. Das Magnetfeld der Sendespule durchdringt beide Empfangsspulen des Empfangsspulensystems gleichermaßen. Die beiden Empfangsspulen sind gegenphasig in Reihe verschaltet, so dass sich die durch die Sendespule in sie induzierte Empfangsspannung ohne Radeinwirkung weitgehend aufhebt. Vom Betrag her sind beide Teilspannungen der Empfangsspulen also ähnlich hoch. Bei einer Radüberfahrt wird das Magnetfeld der Sendespule in der Art verzerrt, dass die Spannungen der Empfangsspulen sich nicht mehr gegenseitig aufheben. Die Teilspannungen der Empfangsspulen sind unterschiedlich. Folglich kann die Spannungsänderung der in Reihe geschalteten Empfangsspulen zur Raddetektion genutzt werden.
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Dadurch, dass die Sendespule in vertikaler Richtung zwischen den beiden Empfangsspulen angeordnet ist, wird sichergestellt, dass die zweite Empfangsspule hinsichtlich ihrer Funktion im Wesentlichen eine Kompensationsspule ist, d. h. überwiegend der Kompensation der Störfelder, insbesondere von Schienenströmen, dient. Ursache hierfür ist, dass die zweite Empfangsspule einen größeren Abstand zu einem zu detektierenden Rad bzw. Spurkranz eines Rades aufweist als die erste Empfangsspule 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 Empfangsspulen gegensinnig und in ähnlicher Höhe 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 Radsensors verlaufende Stromkabel verursachte Störungen oder mögliche Störeinwirkungen benachbarter Radsensoren.
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Des Weiteren weist der erfindungsgemäße Radsensor den Vorteil auf, dass die übereinanderliegende Anordnung der Spulen dazu führt, dass für jede der Spulen, d. h. sowohl für die Sendespule als auch für die beiden Empfangsspulen, 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 haben die beiden Empfangsspulen die gleiche Geometrie, die gleiche Windungszahl und den gleichen Abstand zur Sendespule, um deren Feld vollständig zu kompensieren, wobei die Sendespule zentrisch und mittig zwischen den Empfangsspulen angeordnet ist. Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass sich die erste Empfangsspule bezüglich ihrer Geometrie und/oder ihrer Windungszahl und/oder ihres Abstandes zur Sendespule und/oder ihres Schienenabstandes von der zweiten Empfangsspule unterscheidet. Die Sendespule kann beispielsweise neben den Empfangsspulen platziert werden. Auch ist es möglich, durch eine beabsichtigte Unsymmetrie bezüglich Form oder Abstand der beiden Empfangsspulen von der Sendespule einen definierten Ruheempfangsspannungspegel zu erzeugen.
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Ein durch Schienenstrom entstehendes magnetisches Störfeld ist aufgrund der Schienengeometrie höhenabhängig. Die Empfangsspulen können sich daher in Form, Windungszahl und Schienenabstand unterscheiden. Auf diese Weise kann auch bei unterschiedlichen Schienenprofilen eine optimale Kompensation der Störeinflüsse erreicht werden.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass mindestens eine Spule, insbesondere die Sendespule, der Sensoreinrichtung einen Kern aufweist. Um jedoch Störungen aufgrund magnetischer Sättigungseffekte zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäße Radsensor gemäß Anspruch 3 derart ausgestaltet ist, dass die erste Empfangsspule und/oder die Sendespule und/oder die zweite Empfangsspule als Luftspule ausgebildet ist/sind.
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Die Sendespule und die beiden Empfangsspulen können als reine Spulen bzw. Induktiven ausgebildet sein. Um die jeweiligen Amplituden zu erhöhen und die Frequenzselektivität zu steigern, ist gemäß Anspruch 4 vorgesehen, dass die Sendespule und das Empfangsspulensystem jeweils in einer Schwingkreisschaltung eingebunden sind. Hierzu dient jeweils eine Kondensatorvorschaltung, wobei die beiden Empfangsspulen in Reihe geschaltet sind.
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Gemäß Anspruch 5 sind zumindest zwei in Gleislängsrichtung voneinander beabstandete Sensoreinrichtungen vorgesehen. Dies bietet den Vorteil, dass eine Bestimmung der Fahrtrichtung des vorbeirollenden Rades ermöglicht wird. Bei einem solchen üblicherweise zweikanaligen Radsensor, der somit zwei Sensoreinrichtungen aufweist, erzeugen die beiden Sensoreinrichtungen bzw. Sensorkanäle bei einer Befahrung durch ein Rad eines Schienenfahrzeuges nacheinander zeitlich versetzte Signale, die in einer nachfolgenden Auswerteeinrichtung zur Fahrtrichtungserkennung des Schienenfahrzeuges genutzt werden können.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand figürlicher Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Radsensors und
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2 eine perspektivische Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Radsensors.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Radsensors. Dargestellt ist in einem Schnitt senkrecht zur Schienenlängsrichtung ein Radsensor 1, der eine Sendespule 2 und zwei Empfangsspulen 3 und 4 aufweist. Die Sendespule 2 sowie die beiden Empfangsspulen 3 und 4 sind in einem Gehäuse 5 des Radsensors 1 angeordnet, wobei der Radsensor 1 bzw. dessen Gehäuse 5 an einer Schiene 6 befestigt ist.
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Die Sendespule 2 wird mit einem Wechselstrom gespeist und induziert damit in beiden Empfangsspulen 3 und 4 im Wesentlichen gleich hohe Spannungen. Die beiden Empfangsspulen 3 und 4 sind Bestandteil eines auf eine induktive Wechselwirkung der Empfangsspulen 3 und 4 mit vorbeirollenden Rädern empfindlichen Schwingkreises. Darüber hinaus ist die oberhalb der Sendespule 2 angeordnete erste Empfangsspule 3 zur Unterdrückung von Störfeldern mit der unterhalb der Sendespule 2 angeordneten zweiten Empfangsspule 4 in einer Gegenschaltung verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in 1 nicht nur auf die Darstellung der zuvor genannten elektrischen Komponenten bzw. Verbindungen, sondern auch auf eine Wiedergabe weiterer für sich bekannter Komponenten des Radsensors 1 verzichtet. Dies betrifft beispielsweise eine ggf. in dem Radsensor 1 vorhandene Überwachungs- bzw. 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 6 bei Überfahrt eines Rades 7, das einen Spurkranz 8 aufweist, dargestellt. Entsprechend der Darstellung in 1 sind die Empfangsspulen 3 und 4 des Radsensors 1 derart bezüglich der Schiene 6 positioniert, dass die magnetische Feldänderung durch den Spurkranz 8 des Rades 7 zu einer Empfangsspannungsänderung in den in Reihe geschalteten Empfangsspulen 3 und 4 führt.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist die erste Empfangsspule 3 in Bezug auf einen an der Schiene 6 angebrachten Radsensor 1 oberhalb der Sendespule 2 angeordnet, während die zweite Empfangsspule 4 unterhalb der Sendespule 2 angeordnet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Einfluss der zweiten Empfangsspule 4 in Bezug auf eine Raddetektion ausreichend gering ist, so dass eine andernfalls aufgrund der Gegenschaltung der beiden Empfangsspulen 3 und 4 verursachte Verminderung der Empfindlichkeit bzw. der Funktionsfähigkeit des Radsensors 1 bezüglich zu detektierender Räder 7 bzw. Spurkränze 8 von Rädern 7 vermieden wird. Dies bedeutet, dass die zweite Empfangsspule 4 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 beiden Empfangsspulen 3 und 4 derart angeordnet sind, dass ihre Längsachsen mit derjenigen der Sendespule 2 zusammenfallen. Abweichend von der Darstellung in 1 ist auch eine Ausführung denkbar, bei der sich die Empfangsspulen 3 und 4 hinsichtlich ihrer Art, d. h. insbesondere ihrer Geometrie und/oder ihrer Windungszahl, voneinander unterscheiden. Dies kann vorteilhaft zur Erzeugung einer Ruheempfangsspannung benutzt werden, um damit zwischen. den Raddetektionen die Funktionsfähigkeit des Radsensors zu überwachen. Darüber hinaus kann die Unterschiedlichkeit der Empfangsspulen 3 und 4 vorteilhafterweise auch 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 ersten Empfangsspule 3 induzierte Störspannung bei Verwendung gleichartiger Empfangsspulen 3 und 4 von der in der zweiten Empfangsspule 4 induzierten Störspannung abweichen wird.
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2 zeigte eine perspektivische Seitenansicht eines an der Schiene 6 angebrachten zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Radsensors 1, der zwei Sensoreinrichtungen aufweist. Dabei sind solche Komponenten, die mit in 1 dargestellten Komponenten identisch bzw. 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 Sendespulen 2 und 9 sowie zwei erste Empfangsspulen 3 und 10 und zwei zweite Empfangsspulen 4 und 11 aufweist, die in dem Gehäuse 5 des Radsensors 1 untergebracht sind. Dabei sind jeweils die Spulen 2, 3 und 4 sowie die Spulen 9, 10 und 11 Bestandteil einer Sensoreinrichtung, d. h. der dargestellte Radsensor 1 weist zwei Sensoreinrichtungen auf. Jeweils die erste Empfangsspule 3 bzw. 10 der jeweiligen Sensoreinrichtung ist mit der zweiten Empfangsspule 4 bzw. 11 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 7 bzw. eines vorbeirollenden Schienenfahrzeuges zu bestimmen. Infolge dessen ist der dargestellte Radsensor 1 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 erste Empfangsspule 3 bzw. 10 als auch die zweite Empfangsspule 4 bzw. 11 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 Sendespule 2 als auch für die beiden Empfangsspulen 3 und 4, die Länge des Gehäuses 5 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 1 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.
