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Sensoreinrichtungen zum Erfassen von Magnetfeldänderungen werden in unterschiedlichen technischen Bereichen eingesetzt, wie beispielsweise in der Industrieautomatisierung oder der Eisenbahnautomatisierung. Beispielsweise werden entsprechende Sensoreinrichtungen in der Eisenbahnautomatisierung in Form von nach einem induktiven Wirkprinzip arbeitenden Radsensoren beziehungsweise Achszählsensoren insbesondere im Bereich der Gleisfreimeldetechnik verwendet. So ist etwa aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2012 212 939 A1 ein Radsensor bekannt, der zwei Empfangsspulen sowie eine bezogen auf die Schienenlängsrichtung zwischen den Empfangsspulen angeordnete wechselstromgespeiste Sendespule umfasst.
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Bei Sensoreinrichtungen zum Erfassen einer Magnetfeldänderung in Form von zur Achszählung verwendeten Radsensoren werden zur Fahrtrichtungserkennung üblicherweise Doppelsensorsysteme, d.h. Sensoreinrichtungen mit zwei Sensoreinheiten, verwendet. Dabei überlappen sich die von den beiden Sensoreinheiten erfassten Empfangssignale bei einer Radüberfahrt zeitlich derart, dass aus der Abfolge der Signale in einer Auswerteeinrichtung die Fahrtrichtung ermittelt werden kann. Bei einem entsprechenden Doppelsystem ist somit die Überlappung der Empfangssignale im Rahmen der Fahrtrichtungserkennung von großer Bedeutung. Dabei ist zu berücksichtigen, dass entsprechende Doppelsysteme üblicherweise in einem gemeinsamen Gehäuse hintereinander in Schienenlängsrichtung am Gleis angeordnet sind, wodurch sich physikalisch bedingt bei einer Radüberfahrt nur eine begrenzte Signalüberlappung ergibt, deren Ausprägung insbesondere von dem Durchmesser des jeweiligen zu detektierenden Rades abhängt. So nimmt die Überlappung der Empfangssignale bei Rädern kleinen Durchmessers oder auch generell bei einer vergleichsweise geringen Beeinflussung der jeweiligen Empfangssignale durch ein sich der Sensoreinrichtung annäherndes beziehungsweise an dieser vorbeibewegendes Rad üblicherweise ab. Dies kann letztlich zu Störungen dahingehend führen, dass seitens einer an die beiden Sensoreinheiten angebundenen Auswerteeinrichtung etwa aufgrund einer Unterschreitung einer minimalen Überlappungszeit keine gesicherte Zuordnung der Signale der beiden Sensoreinheiten und damit im Ergebnis keine zuverlässige Fahrtrichtungserkennung mehr möglich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung der Sensoreinrichtung annäherndes oder in der Bewegungsrichtung an der Sensoreinrichtung vorbeibewegendes Objekt verursacht ist, anzugeben, die besonders leistungsfähig ist und insbesondere eine besonders zuverlässige Erkennung der Bewegungsrichtung des Objekts ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung der Sensoreinrichtung annäherndes oder in der Bewegungsrichtung an der Sensoreinrichtung vorbeibewegendes Objekt verursacht ist, wobei die Sensoreinrichtung zwei Sensoreinheiten aufweist, wobei jede der Sensoreinheiten zwei Empfangsspulen sowie eine bezogen auf die Bewegungsrichtung zwischen den Empfangsspulen angeordnete wechselstromgespeiste Sendespule umfasst, wobei die Längsachsen der Empfangsspulen beider Sensoreinheiten im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sind, wobei die Längsachsen der Sendespulen beider Sensoreinheiten im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sind, wobei die Sendespulen der beiden Sensoreinheiten bezogen auf die Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet sind, und wobei die Sensoreinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Sendespulen der beiden Sensoreinheiten einander entgegengerichtete magnetische Flüsse erzeugen.
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Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung der Sensoreinrichtung annäherndes oder in der Bewegungsrichtung an der Sensoreinrichtung vorbeibewegendes Objekt verursacht ist, zeichnet sich somit zunächst dadurch aus, dass sie zwei Sensoreinheiten aufweist. Die Sensoreinrichtung ist somit als zur Erkennung der Bewegungsrichtung des sich annähernden oder an der Sensoreinrichtung vorbeibewegenden Objekts geeignetes Doppelsensorsystem ausgeführt.
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Erfindungsgemäß umfasst hierbei jede der Sensoreinheiten zwei Empfangsspulen sowie eine bezogen auf die Bewegungsrichtung zwischen den Empfangsspulen angeordnete wechselstromgespeiste Sendespule. Durch die jeweilige wechselstromgespeiste Sendespule wird somit ein Magnetfeld beziehungsweise ein magnetischer Fluss erzeugt, dessen Veränderung durch das sich annähernde beziehungsweise vorbeibewegende Objekt mittels der Empfangsspulen detektiert wird.
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Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Längsachsen der Empfangsspulen beider Sensoreinheiten senkrecht beziehungsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sind. Dies bedeutet, dass die Sensoreinrichtung für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb gerade derart angeordnet beziehungsweise montiert wird, dass die Längsachsen der Empfangsspulen beider Sensoreinheiten so ausgerichtet sind, dass sich das zu detektierende Objekt in der Bewegungsrichtung senkrecht zu den Längsachsen der Empfangsspulen annähert beziehungsweise an der Sensoreinrichtung vorbeibewegt.
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Erfindungsgemäß sind die Längsachsen der Sendespulen beider Sensoreinheiten parallel beziehungsweise zumindest im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet. Folglich stehen insbesondere auch die Längsachsen der Sendespulen sowie der Empfangsspulen senkrecht beziehungsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander.
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Die Sendespulen der beiden Sensoreinheiten der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind bezogen auf die Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung derart ausgebildet, dass die Sendespulen der Sensoreinheiten einander entgegengerichtete magnetische Flüsse erzeugen.
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Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung ist vorteilhaft, da sich aufgrund der Anordnung und Ausrichtung der Sende- und Empfangsspulen sowie der entgegengerichteten magnetischen Flüsse der Sendespulen eine besonders ausgeprägte zeitliche Überlappung der mittels der jeweiligen Empfangsspulen erfassten Empfangssignale der beiden Sensoreinheiten ergibt. Dies ist insbesondere bei kleinen Signalpegeln dahingehend vorteilhaft, dass durch zu geringe Überlappungszeiten der Empfangssignale der beiden Sensoreinheiten verursachte Störungen im Zusammenhang mit einer Erkennung der Bewegungsrichtung des zu detektierenden Objektes vermieden beziehungsweise im Vergleich zu vorbekannten Sensoreinrichtungen zumindest reduziert werden. Darüber hinaus wird durch den Einfluss der benachbarten Sensoreinheiten die durch das sich annähernde beziehungsweise vorbeibewegende Objekt verursachte Ablenkung beziehungsweise Änderung des magnetischen Feldes beziehungsweise des magnetischen Flusses derart vorteilhaft ausgenutzt, dass die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung eine besonders hohe Empfindlichkeit in Bezug auf eine Detektion des Objekts aufweist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind die Sendespulen und die Empfangsspulen beider Sensoreinheiten bezogen auf die Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet. Dies bedeutet, dass alle insgesamt sechs Spulen der Sensoreinrichtung in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, dass Störeinflüsse zwischen den beiden Sensoreinheiten beziehungsweise deren Spulensystemen vermieden und eine zuverlässige Detektion des Objekts sowie seiner Bewegungsrichtung ermöglicht wird.
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Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass für jede der beiden Sensoreinheiten die Empfangsspulen derart angeordnet sind, dass die Längsachse der Sendespule der jeweiligen Sensoreinheit die Empfangsspulen der betreffenden Sensoreinheit außerhalb der Sendespule schneidet. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Empfangsspulen und die Sendespule der jeweiligen Sensoreinheit im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind. Für den Fall einer Sensoreinrichtung in Form eines an einer Schiene montierten Radsensors ergibt sich hierbei, dass die Empfangsspulen sowie die Sendespule der jeweiligen Sensoreinheiten horizontal auf gleicher Höhe angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind für jede der beiden Sensoreinheiten die Empfangsspulen jeweils gegensinnig miteinander in Reihe verschaltet. Dies bietet den Vorteil, dass die gegensinnige Verschaltung der Empfangsspulen sowie ihre Anordnung in Bezug auf die jeweilige Sendespule dazu führen, dass sich durch ein vorbeibewegendes beziehungsweise annäherndes Objekt verursachte Signalspannungen addieren, während sich Empfangsstörspannungen, die durch ein äußeres magnetisches Störfeld verursacht sind, durch die gegensinnige Verschaltung der Empfangsspulen subtrahieren und damit vollständig oder zumindest weitgehend kompensieren beziehungsweise auslöschen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass induktiv arbeitende Sensoreinrichtungen üblicherweise vergleichsweise störempfindlich sind gegenüber Störungen, deren Frequenz der Arbeitsfrequenz der jeweiligen Sensoreinrichtung entspricht. Im Falle von Sensoreinrichtungen in Form von Radsensoren können entsprechende Störspannungen beispielsweise durch Schienenströme entstehen. Hierbei erzeugt der durch die Schiene fließende Rückleiterstrom einer Lokomotive (beziehungsweise dessen Oberwellenanteil) ein Störsignal, das in Form von Schwebungen von der Sensoreinrichtung empfangen wird. Entsprechende Schwebungen lassen sich üblicherweise nicht ohne weiteres von den durch eine Beeinflussung durch ein sich vorbeibewegendes Rad eines Schienenfahrzeugs verursachten Signalen trennen beziehungsweise unterscheiden. Weiterhin können Störungen beispielsweise auch durch benachbarte Sensoreinrichtungen mit gleicher Arbeitsfrequenz verursacht werden. Unabhängig von der Art und Herkunft der jeweiligen Störsignale zeichnet sich die zuvor genannte bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung aufgrund der gegensinnigen Verschaltung der jeweiligen Empfangsspulen der beiden Sensoreinheiten durch eine besonders ausgeprägte Störunempfindlichkeit aus. Vorteilhafterweise sind die beiden Empfangsspulen dabei für jede der beiden Sensoreinheiten zwecks Erzielung einer bestmöglichen Störfeldkompensation dahingehend gleich aufgebaut, dass sie etwa in Bezug auf ihre Geometrie sowie ihre Windungszahl übereinstimmen.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass bezogen auf die Bewegungsrichtung jeweils eine der beiden Empfangsspulen der beiden Sensoreinheiten zwischen den Sendespulen der beiden Sensoreinheiten angeordnet ist und die betreffenden Empfangsspulen denselben Wicklungssinn aufweisen. Dies ist vorteilhaft, da sich hierdurch insbesondere im Überlappungsbereich der beiden Sensoreinheiten, d.h. für solche Positionen des zu detektierenden Objekts, die eine signifikante Beeinflussung der beiden betreffenden Empfangsspulen bewirken, ein besonders günstiger Signalverlauf insbesondere im Hinblick auf eine zuverlässige Erkennung der Bewegungsrichtung des Objekts ergibt.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind für jede der beiden Sensoreinheiten die Empfangsspulen der jeweiligen Sensoreinheit bezogen auf die Bewegungsrichtung symmetrisch zur Sendespule der jeweiligen Sensoreinheit angeordnet. Eine entsprechende symmetrische Anordnung in Bezug auf die Sendespule ist dahingehend vorteilhaft, dass sich hierdurch ein besonders einfacher und platzsparender Aufbau der Sensoreinrichtung ergibt und diese aufgrund der Symmetrie weiterhin besonders flexibel einsetzbar ist.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass die Sendespulen der beiden Sensoreinheiten mit Wechselstrom gleicher Frequenz gespeist sind. Dies bietet den Vorteil, dass die Notwendigkeit der Bereitstellung von Wechselstrom beziehungsweise Wechselspannung unterschiedlicher Frequenz vermieden wird und gleichzeitig erreicht wird, dass sich die durch die Sendespulen erzeugten magnetischen Flüsse betragsmäßig entsprechen, wodurch sich eine diesbezüglich symmetrische Ausgestaltung ergibt, die in Bezug auf eine zuverlässige Detektion des Objekts sowie dessen Bewegungsrichtung besonders günstig ist. Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung hierbei weiterhin derart ausgestaltet sein, dass sie einen die Sendespulen beider Sensoreinheiten mit Wechselstrom speisenden Generator aufweist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung weist diese ein beide Sensoreinheiten umschließendes Gehäuse auf. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch im Vergleich zu einer ebenfalls denkbaren Ausführungsform, bei der jede der Sensoreinheiten ein eigenes Gehäuse aufweist, Kosten sowie Platz eingespart werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung umfasst diese eine an die Empfangsspulen beider Sensoreinheiten angebundene Auswerteeinrichtung. Der Auswerteeinrichtung wird es damit ermöglicht, die Empfangssignale der beiden Sensoreinheiten sowohl jeweils für sich als auch in Kombination miteinander auszuwerten. Hierdurch ergeben sich Vorteile in Bezug auf die Zuverlässigkeit sowohl der Detektion des jeweiligen Objekts als solchen als auch der Erkennung der Bewegungsrichtung des Objekts.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Auswerteeinrichtung gemeinsam mit den beiden Sensoreinheiten in einem Gehäuse angeordnet ist. Dies bietet sich insbesondere in solchen Fällen an, in denen sich hierdurch keine Nachteile für den Betrieb sowie gegebenenfalls die Wartung der Auswerteeinrichtung, etwa aufgrund von Rand- oder Umgebungsbedingungen, ergeben.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass die Auswerteeinrichtung in einem von den Sensoreinheiten getrennten Gehäuse angeordnet ist. In Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall können sich hierdurch Vorteile insbesondere in Bezug auf die Einwirkung von mechanischen oder elektrischen Störungen auf die Auswerteeinrichtung, in Bezug auf den für die Auswerteeinrichtung verfügbaren Platz und/oder in Bezug auf die Zugänglichkeit der Auswerteeinrichtung ergeben. So ist es beispielsweise im Falle von Sensoreinrichtungen in Form von Radsensoren häufig günstig, die Auswerteeinrichtung beabstandet von den unmittelbar am Gleis montierten Sensoreinheiten anzuordnen. So werden entsprechende Auswerteeinrichtungen in diesem Fall üblicherweise in einem in der Regel einige Meter von den Sensoreinheiten entfernten Gleisanschlussgehäuse untergebracht. Hierdurch ergeben sich einerseits Vorteile in Bezug auf den für die Auswerteinrichtung verfügbaren Platz sowie den Schutz vor unmittelbar im Bereich der Schiene einwirkenden mechanischen oder elektrischen Störeinflüssen. Andererseits ist die Auswerteeinrichtung im Falle von Wartungs- oder Reparaturarbeiten vorteilhafterweise zugänglich, ohne dass hierbei Personal im gefährlichen Bereich unmittelbar am Gleis tätig werden muss.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind für jede der beiden Sensoreinheiten die Sendespule und/oder die Empfangsspule jeweils Bestandteil einer Schwingkreisschaltung. Dies ist im Hinblick auf eine Bereitstellung eines ausreichenden magnetischen Flusses insbesondere in Bezug auf die Sendespulen vorteilhaft.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass für jede der beiden Sensoreinheiten die Sendespule und/oder die Empfangsspule frei von ferromagnetischen Materialien ausgebildet sind. Die Ausführung der jeweiligen Spulen frei von ferromagnetischen Materialien bietet den Vorteil, dass hierdurch induktive Störbeeinflussungen reduziert beziehungsweise vermieden werden.
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Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung für beliebige Zwecke, d.h. insbesondere zur Detektion von Objekten beliebiger Art, eingesetzt werden. Dies schließt beispielsweise einen Einsatz im Bereich der Industrieautomatisierung ein.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung als Radsensor zum Erfassen einer Magnetfeldänderung ausgebildet, die durch ein Objekt in Form eines sich auf einer Schiene in der Bewegungsrichtung in Form der Schienenlängsrichtung annähernden oder in der Schienenlängsrichtung an dem Radsensor vorbeibewegenden Rades verursacht ist. Dies ist vorteilhaft, da entsprechende Radsensoren im Bereich der Eisenbahnautomatisierung vielfältige Anwendung finden und aufgrund der Anordnung der Sensoreinheiten der Sensoreinrichtung an der Schiene üblicherweise erheblichen Störeinflüssen ausgesetzt sind. Darüber hinaus ist insbesondere bei Verwendung entsprechender Radsensoren zur Gleisfreimeldung eine zuverlässige Detektion eines sich annähernden beziehungsweise vorbeibewegenden Rades sowie auch dessen Bewegungs- beziehungsweise Fahrtrichtung von größter Bedeutung. Damit kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung im Falle einer als Radsensor ausgebildeten Sensoreinrichtung in besonderer Weise zur Geltung.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Anlage des spurgebundenen Verkehrs, insbesondere eine Gleisfreimeldeanlage, mit zumindest einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung beziehungsweise zumindest einer Sensoreinrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu zeigt
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1 in einer schematischen Skizze eine seitliche perspektivische Darstellung einer Anordnung mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung und
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2 in einer weiteren schematischen Skizze in einer Draufsicht eine Darstellung mit einem Ausschnitt der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden in den Figuren für gleiche oder gleich wirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt in einer schematischen Skizze eine seitliche perspektivische Darstellung einer Anordnung mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Dargestellt ist eine Sensoreinrichtung 1 in Form eines im Bereich einer Schiene 100 angeordneten Radsensors. Dabei ist die Sensoreinrichtung 1 an der Schieneninnenseite angeordnet und in Bezug auf ihren Detektionsbereich derart nach oben ausgerichtet, dass sie den Spurkranz beziehungsweise die Lauffläche sich der Sensoreinrichtung 1 annähernder beziehungsweise an der Sensoreinrichtung 1 vorbeibewegender Eisenräder von Schienenfahrzeugen detektiert.
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Die Sensoreinrichtung 1 umfasst zwei Sensoreinheiten 10 und 20, die jeweils zwei Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 aufweisen. Bezogen auf eine durch die Schienenlängsrichtung gegebene Bewegungsrichtung 5 ist dabei zwischen den Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 jeweils eine wechselstromgespeiste Sendespule 11 bzw. 21 angeordnet.
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Entsprechend der Darstellung der 1 sind die Längsachsen 12a, 13a, 22a, 23a der Empfangsspulen 12, 13 beziehungsweise 22, 23 der beiden Sensoreinheiten 10, 20 senkrecht zur Bewegungsrichtung 5 in Form der Schienenlängsrichtung ausgerichtet. Demgegenüber sind die Sendespulen 11, 21 derart angeordnet, dass ihre Längsachsen 11a, 21a parallel zur Bewegungsrichtung 5 und damit senkrecht zu den Längsachsen 12a, 13a, 22a, 23a der Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 ausgerichtet sind. Weiterhin ist erkennbar, dass die Sendespulen 11, 21 sowie die Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 beider Sensoreinheiten 10, 20 bezogen auf die Bewegungsrichtung 5 jeweils beabstandet hintereinander, d.h. in Schienenlängsrichtung gesehen „in einer Reihe“, angeordnet sind.
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Aufgrund der Ausrichtung und Anordnung der Sendespulen 11, 21 erzeugen diese Magnetfelder beziehungsweise magnetische Flüsse 60, 70, die im Wesentlichen horizontal entlang der Schiene 100 verlaufen. Aufgrund der zur Bewegungsrichtung 5 senkrechten Ausrichtung der Längsachsen 12a, 13a, 22a, 23a der Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 induzieren die Sendespulen 11, 21 somit in den jeweiligen Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 Spannungen, die in Abwesenheit von feldverzerrenden Materialien aufgrund der Lage der Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 in der Mitte der Magnetfelder beziehungsweise magnetischen Flüsse 60, 70 äußerst gering wären. Der Schienenkopf 110 der Schiene 100 verursacht jedoch eine Feldverzerrung, durch die eine Feldunsymmetrie entsteht, die auch ohne Beeinflussung durch ein sich vorbeibewegendes Rad zu Empfangssignalen der Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 in Form einer Signalruhespannung führt.
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Gemäß den in 1 angedeuteten magnetischen Flüssen 60, 70 führt dies bezogen auf jede der beiden Sensoreinheiten 10, 20 dazu, dass die Magnetfeldlinien die jeweiligen beiden Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 dieser Sensoreinheiten 10, 20 jeweils in gegensinniger Richtung durchfließen, so dass sich aufgrund des symmetrischen Aufbaus grundsätzlich für die beiden Empfangsspulen 12, 13 der linken Sensoreinheit 10 gleich hohe Signalspannungen mit entgegengesetzter Phasenlage ergeben würden. Gleiches gilt analog in Bezug auf die beiden Empfangsspulen 22, 23 der rechten Sensoreinheit 20. Wie weiter unten anhand von 2 näher erläutert werden wird, sind die Empfangsspulen 12 und 13 bzw. 22 und 23 jeder der Sensoreinheiten 10, 20 jedoch vorteilhafterweise jeweils gegensinnig miteinander in Reihe verschaltet. Dies führt dazu, dass sich die von den Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 erfassten, durch die magnetischen Flüsse 60, 70 bewirkten Signalspannungen vorteilhafterweise addieren. Hingegen wird ein äußeres magnetisches Störfeld, das in 1 im Bereich der linken Sensoreinheit 10 mit dem Bezugszeichen 80 angedeutet ist und das beispielsweise durch Schienenströme verursacht sein kann, die Empfangsspulen 12, 13 der betreffenden Sensoreinheit 10 derart durchdringen, dass sich die Empfangsstörspannungen durch die gegensinnige Verschaltung der Empfangsspulen 12, 13 subtrahieren, also vollständig oder zumindest im Wesentlichen auslöschen.
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Die in 1 dargestellte Sensoreinrichtung 1 zeichnet sich weiterhin insbesondere dadurch aus, dass die Sendespulen 11, 21 der beiden Sensoreinheiten 10, 20 einander entgegengerichtete magnetische Flüsse 60, 70 erzeugen. Vorteilhafterweise weisen die Sensoreinheiten 10, 20, die gemeinsam ein Doppelsystem bilden, hierbei dahingehend die gleiche Arbeitsfrequenz auf, dass die Sendespulen 11, 21 der beiden Sensoreinheiten 10, 20 mit Wechselstrom gleicher Frequenz gespeist sind. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Sendespulen 11, 21 beider Sensoreinheiten 10, 20 jeweils mit einem die Sendespulen 11, 21 mit Wechselstrom speisenden Generator verbunden sind, der in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
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Bei Vorbeibewegung beziehungsweise Überfahrt eines Rades in der Bewegungsrichtung 5, d.h. vorliegend von links nach rechts, wird zunächst die linke Sensoreinheit 10 ein Empfangssignal erzeugen. Rollt das Rad weiter, wird in der Folge auch das Feld der Sendespule 21 der rechten Sensoreinheit 20 immer stärker verzerrt. Diese Feldverzerrung beeinflusst jedoch zusätzlich dahingehend das Empfangssignal beziehungsweise die Empfangsspannung in der rechten Empfangsspule 13 der linken Sensoreinheit 10, dass die Amplitude des Empfangssignals, d.h. die Empfangsspannung, ansteigt und das Empfangssignal als solches somit bei Radüberfahrt insgesamt länger erhalten bleibt beziehungsweise vergleichsweise langsam abnimmt. Dieser Effekt ist vorteilhafterweise dahingehend symmetrisch, dass ein sich an der Sensoreinrichtung 1 vorbeibewegendes Objekt in Form des Rades in der Mitte der Sensoreinrichtung 1 jeweils zu einer Erhöhung der Empfangsspannungen der mittleren Empfangsspulen 13, 22 unter Beteiligung der Magnetfelder beziehungsweise magnetischen Flüsse 60, 70 beider Sendespulen 11, 21 führt. Im Ergebnis ergibt sich hierdurch somit eine Erhöhung der Signalüberlappung bei einer Radüberfahrt verbunden mit einer Empfangssignalerhöhung. Dies ist gerade bei kleinen Signalpegeln vorteilhaft, da hierdurch Störungen aufgrund zu geringer Überlappungszeiten vermieden werden. Letztlich führt dies dazu, dass die Sensoreinrichtung 1 mittels der beiden Sensoreinheiten 10, 20 besonders zuverlässig, auch unter schwierigen Bedingungen, eine Detektion sich annähernder beziehungsweise vorbeibewegender Räder sowie insbesondere der Bewegungsrichtung 5 der betreffenden Räder vornehmen kann.
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Aus der 1 ist weiterhin erkennbar, dass für jede der beiden Sensoreinheiten 10, 20 die Empfangsspulen 12, 13 beziehungsweise 22, 23 derart angeordnet sind, dass die Längsachsen 11a, 21a der Sendespulen 11 bzw. 21 der Sensoreinheiten 10, 20 die Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 der Sensoreinheiten 10, 20 außerhalb der jeweiligen Sendespule 11 bzw. 21 schneiden. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Sendespulen 11, 21 und die Empfangsspulen 12, 13, 22 und 23 im Wesentlichen horizontal auf gleicher Höhe angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise ist die Sensoreinrichtung 1 weiterhin derart ausgeführt, dass bezogen auf die Bewegungsrichtung 5 jeweils eine der beiden Empfangsspulen 13 beziehungsweise 22 zwischen den Sendespulen 11, 21 der Sensoreinheiten 10, 20 angeordnet ist und die betreffenden Empfangsspulen 13, 22 denselben Wicklungssinn aufweisen. Hierdurch wird eine weitere Erhöhung der Signalüberlappung der beiden Sensoreinheiten 10, 20 erzielt.
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Entsprechend der Darstellung der 1 sind die Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 der jeweiligen Sensoreinheit 10 bzw. 20 bezogen auf die Bewegungsrichtung 5 symmetrisch zur Sendespule 11 bzw. 21 der jeweiligen Sensoreinheit 10 bzw. 20 angeordnet. Eine entsprechende symmetrische Anordnung ist sowohl in Bezug auf den Platzbedarf der Sensoreinrichtung als auch in Bezug auf ihre flexible Einsetzbarkeit vorteilhaft.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Sensoreinrichtung 1 ein beide Sensoreinheiten 10, 20 umschließendes Gehäuse 30 auf.
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Im Hinblick auf die zwischen den Sendespulen 11, 21 der beiden Sensoreinheiten 10, 20 angeordneten Empfangsspulen 13 und 22 ist anzumerken, dass grundsätzlich die Position dieser beiden Empfangsspulen 13, 22 miteinander vertauscht werden könnte. In Bezug auf die Darstellung der 1 würde in diesem Fall somit die Sensoreinheit 10 die Empfangsspulen 12 und 22 und die Sensoreinheit 20 die Empfangsspulen 13 und 23 umfassen, d.h. die beiden Sensoreinheiten 10, 20 würden bezogen auf die Bewegungsrichtung 5, d.h. im vorliegenden Fall die Schienenlängsrichtung, „überlappen“. Eine entsprechende Vertauschung der Position der Empfangsspulen 13, 21 ist möglich, da die entgegengesetzte Ausrichtung der magnetischen Flüsse 60, 70 der Sendespulen 11, 21 für die betreffenden Empfangsspulen 13, 22 Empfangssignale in Form von Spannungen mit gleichem Vorzeichen ergibt. Damit besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten und Anforderungen die Überlappung der Empfangsspannungen der Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 zu variieren.
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Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die Sensoreinheiten 10 und 20 alternativ zur Darstellung der 1 auch zur Schiene 100 geneigt beziehungsweise gekippt angeordnet sein könnten. In diesem Fall wäre somit das gesamte System umfassend die Sendespulen 11, 21 sowie die Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 um eine Achse parallel zur Schienenlängsrichtung gedreht angeordnet.
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Die Sendespulen 11, 21 sowie die Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 sind vorteilhafterweise vollständig frei von ferromagnetischen Materialien, d.h. als Luftspulen, aufgebaut. Darüber hinaus können die genannten Spulen vorteilhafterweise als Bestandteil von Schwingkreisen ausgeführt werden, wodurch sich in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten eine Erhöhung der Empfindlichkeit ergibt.
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2 zeigt in einer weiteren schematischen Skizze in einer Draufsicht eine Darstellung mit einem Ausschnitt der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1. Dabei ist im Unterschied zu 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die linke Sensoreinheit 10 der Sensoreinrichtung 1 gezeigt. Unabhängig hiervon weist die Sensoreinrichtung 1 gemäß der Darstellung der 1 eine weitere ebenfalls im Bereich des Schienenkopfes 110 angeordnete entsprechende Sensoreinheit auf.
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Die Sensoreinheit 10 umfasst analog zur Darstellung der 1 eine Sendespule 11 sowie zwei Empfangsspulen 12 und 13. Gemäß der Darstellung der 2 sind die Empfangsspulen 12, 13 dabei gegensinnig miteinander in Reihe verschaltet, so dass sich die einzelnen Empfangssignale der beiden Empfangsspulen 12, 13 subtrahieren und als Signalspannung U abgegriffen werden können. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 wird die Signalspannung U einer Auswerteeinrichtung 40 zugeführt, die beabstandet von der Sensoreinheit 10 in einem separaten Gehäuse 50 angeordnet ist, das beispielsweise Bestandteil eines Gleisanschlussgehäuses sein kann. Wie bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert, ergibt sich durch die gegensinnige Verschaltung der beiden Empfangsspulen 12, 13 vorteilhafterweise eine weitgehende Kompensation von Störfeldern, die beispielsweise durch Schienenströme verursacht sein können.
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Entsprechend den vorstehenden Ausführungen weist das anhand der Figuren erläuterte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 1 den Vorteil auf, dass insbesondere die durch die Sendespulen 11, 21 erzeugten entgegengerichteten magnetischen Flüsse 60, 70 zu einer Erhöhung der Signalüberlappung der Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 führen, was gerade bei kleinen Signalpegeln im Hinblick auf die Vermeidung von Störungen aufgrund zu geringer Überlappungszeiten günstig ist. Des Weiteren wird vorteilhafterweise durch die Subtraktion von zwei Empfangssignalen beziehungsweise – spannungen unterschiedlichen Vorzeichens pro Sensoreinheit 10, 20 und den zusätzlichen Einfluss der benachbarten Sensoreinheit 10 beziehungsweise 20 auf die jeweilige Empfangsspannung die durch ein sich vorbeibewegendes oder annäherndes Objekt verursachte Feldablenkung mehrfach ausgenutzt. Dies wirkt sich dahingehend vorteilhaft auf den Gesamtsignalverlauf der Sensoreinrichtung 1 aus, dass diese eine erhöhte Empfindlichkeit aufweist. Darüber hinaus erhöht der feldkompensierende Aufbau der Sensoreinrichtung 1 mit Sendespulen 11, 21 sowie Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 vorteilhafterweise auch die Störsicherheit gegenüber äußeren Quellen. Im Ergebnis ist die zuvor beschriebene Sensoreinrichtung 1 somit besonders leistungsfähig und erlaubt insbesondere eine besonders zuverlässige Erkennung der Bewegungsrichtung der zu detektierenden Objekte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012212939 A1 [0001]
