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Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zum Detektieren eines sich entlang einer Fahrschiene bewegenden Rades, mit einem auf einer Seite der Fahrschiene angeordneten ersten Sender zum Erzeugen eines ersten elektromagnetischen Wechselfeldes, einem auf der anderen Seite der Fahrschiene angeordneten Empfänger sowie einem zweiten Sender zum Erzeugen eines zweiten elektromagnetischen Wechselfeldes.
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Eine solche Sensoreinrichtung ist in Form eines Schienenkontaktes für eine Achszähleinrichtung aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 45 436 A1 bekannt. Hierbei weist der Schienenkontakt auf einer Seite der Fahrschiene zwei Sender in Form von Sendespulen auf, die jeweils ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen. Zum Empfangen der sich überlappenden Wechselfelder ist auf der anderen Seite der Fahrschiene ein Empfänger in Form einer Empfangsspule vorgesehen. Durch die beiden Sender wird es hierbei ermöglicht, die Feldgeometrie an äußere Bedingungen anzupassen sowie durch ein Verändern der Feldgeometrie einen Raddurchgang zu simulieren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der bekannten Art anzugeben, die im Hinblick auf ihre betrieblichen Eigenschaften besonders vorteilhaft ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sensoreinrichtung zum Detektieren eines sich entlang einer Fahrschiene bewegenden Rades, mit einem auf einer Seite der Fahrschiene angeordneten ersten Sender zum Erzeugen eines ersten elektromagnetischen Wechselfeldes, einem auf der anderen Seite der Fahrschiene angeordneten Empfänger sowie einem zweiten Sender zum Erzeugen eines zweiten elektromagnetischen Wechselfeldes, wobei der zweite Sender auf der anderen Seite der Fahrschiene angeordnet ist.
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Zwar wird in der
DE 197 45 436 A1 erwähnt, dass die beiden Sender in Form der Sendespulen auch auf der gleichen Seite der Fahrschiene wie der Empfänger in Form der Empfangsspule angeordnet sein können. Einen Hinweis dahingehend, die beiden Sender auf unterschiedlichen Seiten der Fahrschiene anzuordnen, liefert die
DE 197 45 436 A1 jedoch nicht.
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Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zum Detektieren eines sich entlang einer Fahrschiene bewegenden Rades zeichnet sich dadurch aus, dass sie zwei auf unterschiedlichen Seiten der Fahrschiene angeordnete Sender aufweist. Hierdurch wird es vorteilhafterweise ermöglicht, insbesondere im Rahmen der Montage der Sensoreinrichtung ein Empfangssignal des Empfängers in Bezug auf seinen Signalverlauf im unbeeinflussten sowie im beeinflussten Zustand der Sensoreinrichtung an die jeweiligen Umstände bestmöglich anzupassen. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung der zweite Sender auf der anderen Seite der Fahrschiene, d.h. auf der Seite des Empfängers, angeordnet ist, ergibt sich hierbei insbesondere der Vorteil, dass eine deutliche Reduktion des Energieverbrauchs der Sensoreinrichtung erzielt werden kann. Ursache hierfür ist, dass aufgrund der sich ergebenden größeren räumlichen Nähe zu dem Empfänger bereits eine vergleichsweise geringe Leistung des zweiten Senders ausreicht, um das Empfangssignal des Empfängers zu beeinflussen. Vorteilhafterweise ist hierdurch im Vergleich zu der bekannten Anordnung, bei der die beiden Sender auf derselben Seite der Fahrschiene angeordnet sind, eine Reduktion des Energieverbrauchs möglich, ohne dass hierdurch die Zuverlässigkeit der Sensoreinrichtung in Bezug auf die Detektion sich entlang der Fahrschiene bewegender Räder beeinträchtigt wird. Insbesondere weist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung hierbei im Vergleich zu einer Anordnung, bei der beide Sender auf der empfängerseitigen Seite der Fahrschiene angeordnet sind, eine bessere Sensitivität im Hinblick auf das Detektieren eines sich entlang einer Fahrschiene bewegenden Rades auf.
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Im Ergebnis schafft die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung durch ihren geringeren Energieverbrauch die Voraussetzung dafür, Sensoreinrichtungen zum Detektieren eines sich entlang einer Fahrschiene bewegenden Rades mit einer autarken, dezentralen Energieversorgung, etwa in Form von Solarzellen verbunden mit einem Energiespeicher, zu versehen. Hierdurch können sich in der Folge erhebliche weitere Vorteile, etwa im Hinblick auf das Entfallen von Aufwänden zur Verkabelung entsprechender Sensoreinrichtungen, ergeben.
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Grundsätzlich können der erste Sender, der zweite Sender sowie der Empfänger auf beliebige, für sich bekannte Art und Weise ausgeführt sein. Wesentlich hierbei ist lediglich, dass der erste Sender sowie der zweite Sender zum Erzeugen elektromagnetischer Wechselfelder ausgebildet sind und der Empfänger in der Lage ist, entsprechende elektromagnetische Wechselfelder zu erfassen und damit eine Beeinflussung der Sensoreinrichtung durch ein sich entlang der Fahrschiene bewegendes Rad zu detektieren.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung derart weitergebildet, dass der erste Sender, der Empfänger und der zweite Sender jeweils eine Spule aufweisen. Dies ist vorteilhaft, da es sich hierbei um vergleichsweise einfache und kostengünstige, zugleich jedoch in der Praxis bewährte Ausführungsformen der Sender sowie des Empfängers handelt.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung hierbei weiterhin derart ausgestaltet, dass sich die Spule des ersten Senders sowie die Spule des zweiten Senders hinsichtlich ihrer Windungszahl und/oder ihrer Geometrie unterscheiden. Dies bietet den Vorteil, dass durch eine entsprechende Dimensionierung der Spule des zweiten Senders, etwa durch eine im Vergleich zur Spule des ersten Senders geringere Windungszahl oder einen kleineren Spulendurchmesser, die von der ersten Spule und von der zweiten Spule erzeugten elektromagnetischen Wechselfelder bestmöglich im Hinblick auf ihre Überlagerung im Bereich der Spule des Empfängers abgestimmt werden können. Aufgrund ihrer in der Regel größeren Nähe zur Spule des Empfängers wird die Spule des zweiten Senders hierbei üblicherweise derart dimensioniert sein, dass die Feldstärke des von dem zweiten Sender erzeugten elektromagnetischen Feldes kleiner ist als diejenige des von der Spule des ersten Senders erzeugten Feldes.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind die Spulen jeweils Bestandteil eines Schwingkreises. Diese für sich bekannte Ausführungsform von Sendern und Empfängern nach dem induktiven Wirkprinzip arbeitender Sensoreinrichtungen bietet den Vorteil, dass die Sensoreinrichtung im Ergebnis eine besonders ausgeprägte Sensitivität aufweist und damit letztendlich eine besonders zuverlässige Detektion von Rädern möglich wird.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung weiterhin derart ausgebildet sein, dass der erste Sender sowie der zweite Sender elektromagnetische Wechselfelder gleicher Frequenz erzeugen. Dies bietet den Vorteil, dass unerwünschte Überlagerungseffekte, etwa in Form von Schwebungen, die sich im Falle von elektromagnetischen Wechselfeldern unterschiedlicher Frequenz ergeben könnten, vermieden werden. Hierdurch wird eine dauerhafte und gleichbleibende Zuverlässigkeit der Sensoreinrichtung gewährleistet.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass die Sensoreinrichtung einen den ersten Sender und den zweiten Sender speisenden Generator aufweist. Dies bietet den Vorteil, dass durch ein gemeinsames Speisen des ersten Senders und des zweiten Senders eine gleiche Speisefrequenz und damit letztendlich das Erzeugen elektromagnetischer Wechselfelder gleicher Frequenz durch den ersten Sender sowie durch den zweiten Sender sichergestellt werden kann.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind der zweite Sender und der Empfänger in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise empfängerseitig eine besonders einfache mechanische Ausführung der Sensoreinrichtung.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren einen Radsensor mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung beziehungsweise einer Sensoreinrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sowie mit einer an den Empfänger angebundenen Auswerteschaltung. Dabei kann die Auswerteschaltung in unmittelbarer räumlicher Nähe zu dem Empfänger, d.h. im Gleisbereich oder in einem in vergleichsweise kurzer Entfernung angeordneten Schaltkasten, oder auch räumlich abgesetzt von der Sensoreinrichtung in einer zentralen Steuereinrichtung, etwa in Form eines Stellwerks, angeordnet sein.
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Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Radsensor eine weitere, in Längsrichtung der Fahrschiene versetzt angeordnete Sensoreinrichtung auf. Mittels eines entsprechenden zweikanaligen Radsensors ist es vorteilhafterweise möglich, eine Fahrtrichtungserkennung des jeweiligen Rades durchzuführen. Vorzugsweise sind die Komponenten der Sensoreinrichtung sowie die Komponenten der weiteren Sensoreinrichtung hierbei, soweit sie jeweils auf derselben Seite der Fahrschiene angeordnet sind, in gemeinsamen Gehäusen untergebracht.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Einrichtung zum Steuern und/oder Überwachen des schienengebundenen Verkehrs mit zumindest einem erfindungsgemäßen Radsensor oder zumindest einem Radsensor gemäß der zuvor genannten bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Radsensors.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart ausgestaltet, dass sie eine Gleisfreimeldeeinrichtung ist. Dies ist vorteilhaft, da Radsensoren insbesondere im Zusammenhang mit Gleisfreimeldeeinrichtungen verwendet werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigt
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1 eine erste schematische Skizze mit einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung und
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2 eine zweite schematische Skizze mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in den Figuren gleiche oder gleich wirkende Komponenten mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine erste schematische Skizze mit einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Dargestellt ist eine Schnittdarstellung einer Anordnung mit einer Sensoreinrichtung 10 zum Detektieren eines sich entlang einer Fahrschiene 20 bewegenden Rades 30 beziehungsweise dessen Spurkranzes 31. Die Sensoreinrichtung 10 weist einen ersten Sender 11 auf, der in einem ersten Gehäuse 12 auf einer Seite der Fahrschiene 20 angeordnet und an dieser mittels einer ersten Schienenbefestigung 13 montiert ist.
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Auf der anderen Seite der Fahrschiene 20 weist die Sensoreinrichtung 10 einen Empfänger 14 auf, der in einem zweiten Gehäuse 15 angeordnet und mittels einer zweiten Schienenbefestigung 16 ebenfalls an der Fahrschiene 20 montiert beziehungsweise befestigt ist.
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Zusätzlich zu dem Empfänger 14 ist in dem zweiten Gehäuse 15 darüber hinaus ein zweiter beziehungsweise zusätzlicher Sender 17 angedeutet. Dieser ermöglicht es vorteilhafterweise, den Empfänger 14 zusätzlich zu einem von dem ersten Sender 11 erzeugten ersten elektromagnetischen Wechselfeld mit einem zweiten elektromagnetischen Wechselfeld zu beaufschlagen. Vorteilhafterweise ist die Feldstärke des zweiten elektromagnetischen Wechselfeldes hierbei derart kleiner als die Feldstärke des ersten elektromagnetischen Wechselfeldes, dass das am Ort des Empfängers 14 resultierende elektromagnetische Wechselfeld signifikante Anteile sowohl von dem ersten elektromagnetischen Wechselfeld als auch von dem zweiten elektromagnetischen Wechselfeld aufweist. Für den Fall, dass der erste Sender, der Empfänger und der zweite Sender jeweils eine Spule, insbesondere als Bestandteil eines Schwingkreises, aufweisen, kann dies beispielsweise derart realisiert werden, dass sich die Schwingkreisspulen des ersten Senders 11 und des zweiten Senders 17 hinsichtlich ihrer Windungszahl und/oder ihrer Geometrie in entsprechender Weise unterscheiden.
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Die in 1 dargestellte Sensoreinrichtung 10 weist den Vorteil auf, dass sie es ermöglicht, das Empfangssignal, d.h. beispielsweise die Empfangsspannung, des Empfängers 14 derart einzustellen, dass sich bei Überfahrt eines Rades eine deutliche Signaländerung, d.h. eine deutliche Signalüberhöhung oder Signalabsenkung, ergibt. Des Weiteren ist auch die Amplitude des Ruhesignals, d.h. des Empfangssignals im unbeeinflussten Zustand der Sensoreinrichtung 10, durch eine entsprechende Dimensionierung des ersten Senders 11 sowie des zweiten Senders 17 sowie deren genaue Anordnung zueinander und zu dem Empfänger 14 einstellbar. Dadurch, dass der zweite Sender 17 auf der Seite der Fahrschiene 20 des Empfängers 14 angeordnet ist, benötigt er vorteilhafterweise wesentlich weniger Energie als der erste Sender 11, um das resultierende Empfangssignal im Empfänger 14 maßgeblich zu beeinflussen. Im Ergebnis reduziert sich damit vorteilhafterweise der Energiebedarf der gesamten Sensoreinrichtung 10. Darüber hinaus kann dadurch, dass eine weitgehende Einstellbarkeit des Empfangssignals durch eine entsprechende Dimensionierung und Positionierung des ersten Senders 11 sowie des zweiten Senders 17 gegeben ist, vorteilhafterweise auf eine elektronische, aktive Nachregelung von Parametern der Sensoreinrichtung 10 verzichtet werden. Hierdurch werden mit einer entsprechenden aktiven Nachregelung verbundene Fehlerquellen vermieden, wodurch letztlich die Sicherheit der Sensoreinrichtung 10 erhöht wird.
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2 zeigt eine zweite schematische Skizze mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Dabei ähnelt die Darstellung derjenigen der 1, wobei im Unterschied zu 1 die elektrische Schaltung der Sensoreinrichtung angedeutet ist. Hierbei ist erkennbar, dass der durch eine Spule angedeutete erste Sender 11 sowie der ebenfalls durch eine Spule angedeutete zweite Sender 17 in einer Reihenschaltung elektrisch an einen eine Sendespannung US bereitstellenden Generator 18 angebunden sind. Hierdurch wird vorteilhafterweise gewährleistet, dass der erste Sender 11 sowie der zweite Sender 17 elektromagnetische Wechselfelder gleicher Frequenz erzeugen.
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Des Weiteren ist in 2 der Empfänger 14 durch eine Empfangsspule angedeutet, mittels derer eine durch die von den Sendern 11 und 17 abgestrahlten elektromagnetischen Wechselfelder bewirkte Empfangsspannung UE abgegriffen wird. Durch eine Auswertung des Verlaufs der Empfangsspannung UE ist es hierbei möglich, eine Befahrung der Sensoreinrichtung durch ein Rad zu erkennen. Die entsprechende Information kann in der Folge sowohl zur Gleisfreimeldung als auch für andere Schalt- und Meldeaufgaben verwendet werden.
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Entsprechend den vorstehenden Erläuterungen im Zusammenhang mit den dargestellten Ausführungsbeispielen weist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 10 insbesondere den Vorteil auf, dass sie eine weitgehende Einstellbarkeit der Empfangsspannung UE im unbeeinflussten sowie im beeinflussten Zustand der Sensoreinrichtung 10 ermöglicht. Gleichzeitig wird dadurch, dass der erste Sender 11 auf der einen Seite der Fahrschiene 20 und der zweite Sender 17 auf der anderen Seite der Fahrschiene 20, d.h. auf derselben Seite wie der Empfänger 14, angeordnet ist, diese Einstellbarkeit vorteilhafterweise mit einem reduzierten Energiebedarf erreicht. Hieraus ergeben sich in der betrieblichen Praxis, insbesondere auch im Hinblick auf einen möglichen Verzicht auf eine kabelgebundene Versorgung entsprechender Sensoreinrichtungen 10 mit elektrischer Energie, erhebliche Vorteile.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19745436 A1 [0002, 0005, 0005]
