DE102016201896A1

DE102016201896A1 - Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung sowie Verfahren zum Abgleichen einer solchen Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE102016201896A1
Application number: DE102016201896.5A
Authority: DE
Inventors: Rainer Freise
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2016-02-09
Publication date: 2017-08-10
Also published as: WO2017137191A1; EP3386835A1; AU2017217891A1; AU2017217891B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensoreinrichtung (1) zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung der Sensoreinrichtung (1) annäherndes oder in der Bewegungsrichtung an der Sensoreinrichtung (1) vorbeibewegendes Objekt verursacht ist, wobei die Sensoreinrichtung (1) zumindest eine wechselstromgespeiste Sendespule (10) sowie zumindest eine Empfangsspule (20, 30) aufweist. Um einen Abgleich einer Empfangsspannung der zumindest einen Empfangsspule (20, 30) auf flexible und zugleich vergleichsweise aufwandsarme und kostengünstige Art und Weise zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß im Bereich der Empfangsspule (20, 30) eine Abgleichspule (40, 50) vorgesehen, wobei durch eine Positionsänderung der Abgleichspule (40, 50) eine von der Sendespule (10) in die Empfangsspule (20, 30) induzierte Empfangsspannung veränderbar ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Abgleichen einer Sensoreinrichtung (1) zum Erfassen einer Magnetfeldänderung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft 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 zumindest eine wechselstromgespeiste Sendespule sowie zumindest eine Empfangsspule aufweist.
Entsprechende Sensoreinrichtungen sind beispielsweise in Form von Radsensoren bekannt, die insbesondere im Zusammenhang mit Gleisfreimeldeanlagen verwendet werden. Beispiele für solche Radsensoren, welche ein den Bereich des Radsensors überfahrendes Eisenrad bzw. dessen Spurkranz aufgrund der hierdurch verursachten Magnetfeldablenkung detektieren, sind etwa in den Dokumenten DE 10 2012 212 939 A1 , EP 0 340 660 A2 sowie DE 10 2014 207 409 A1 beschrieben.
Bei Sensoreinrichtungen der genannten Art ist die genaue Ausrichtung bzw. Positionierung der zumindest einen Sendespule sowie der zumindest einen Empfangsspule zueinander wesentlich für eine im Ruhezustand der Sensoreinrichtung von der Sendespule in die Empfangsspule induzierte Empfangsspannung. Dies gilt sowohl in Bezug auf einen Zustand ohne äußere Beeinflussung durch Metall in der Umgebung der Sensoreinrichtung als auch für einen Zustand, in dem die Sensoreinrichtung bereits an ihrem vorgesehenen Einsatzort montiert bzw. vormontiert ist. Im Rahmen der Herstellung entsprechender Sensoreinrichtungen ist man daher in der Regel an einer möglichst exakten Ausrichtung der Spulensysteme interessiert, um ein einheitliches Verhalten der Sensoreinrichtungen zu gewährleisten. Dabei erfolgt die Ausrichtung des Spulensystems bzw. der Spulensysteme derart, dass im Ergebnis die Empfangsspule bzw. die Empfangsspulen im Ruhezustand eine gewünschte Empfangsspannung aufweist bzw. aufweisen. Ein Problem hierbei ist jedoch, dass nach einem Einbau bzw. Verguss der zumindest einen Sende- sowie der zumindest einen Empfangsspule aufgrund der mechanischen und thermischen Belastung durch die Fixierung der Sensoreinrichtung in ihrem Gehäuse mit einer Verstellung der Spulen und damit auch der Empfangsspannung(en) der Empfangsspule(n) zu rechnen ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen Abgleich einer Empfangsspannung der zumindest einen Empfangsspule auf flexible und zugleich vergleichsweise aufwandsarme und kostengünstige Art und Weise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird für 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 zumindest eine wechselstromgespeiste Sendespule sowie zumindest eine Empfangsspule aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Bereich der Empfangsspule eine Abgleichspule vorgesehen ist, wobei durch eine Positionsänderung der Abgleichspule eine von der Sendespule in die Empfangsspule induzierte Empfangsspannung veränderbar ist.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Abgleichspule aufweist. Diese ist im Bereich der Empfangsspule angeordnet und in ihrer Position derart veränderlich, dass durch eine Positionsänderung der Abgleichspule eine von der Sendespule in die Empfangsspule induzierte Empfangsspannung veränderbar ist. Durch eine Positionsänderung der Abgleichspule und hierdurch verursachte positive oder negative von der Sendespule in die Empfangsspule induzierte Spannungsanteile ist es somit vorteilhafterweise möglich, auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Art und Weise einen Abgleich der Empfangsspannung der Empfangsspule vorzunehmen. So kann beispielsweise eine gewünschte minimale Ruhe-Empfangsspannung derart abgeglichen werden, dass durch die Abgleichspule Spannungsanteile mit entgegenwirkender Phasenlage gleicher Amplitude in die Empfangsspule eingekoppelt werden.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung ist weiterhin insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass sie einen Abgleich bzw. Feinabgleich der Empfangsspannung der zumindest einen Empfangsspule nach Einbau der Sensoreinrichtung in ein Gehäuse bzw. nach einem Verguss der Sensoreinrichtung oder auch noch nach erfolgter Montage der Sensoreinrichtung an ihrem Einsatzort erlaubt. Dabei kann die jeweilige Empfangsspannung auf den gewünschten Wert eingestellt werden, wobei die durch die Abgleichspule gegebene Einstellmöglichkeit vorteilhafterweise sowohl elektrisch als auch mechanisch äußerst robust ist. Dies bietet den Vorteil, dass die Zuverlässigkeit der Sensoreinrichtung durch die Abgleichspule nicht beeinträchtigt wird. Vorteilhafterweise stellt die Abgleichspule des Weiteren ein passives Bauelement dar, so dass für einen Abgleich der Empfangsspannung der Empfangsspule kein aktives Bauelement und somit auch keine entsprechende elektrische Versorgung erforderlich ist.
Im Ergebnis führt die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung dazu, dass der Aufwand für einen Einbau der Sensoreinrichtung in ein Gehäuse reduziert wird. Ursache hierfür ist, dass eine gröbere Voreinstellung der Empfangsspannung der Empfangsspule ausreicht, da anschließend mittels der Abgleichspule ein Abgleich in Form einer „Feineinstellung“ möglich ist. Hierdurch wird somit einerseits der Verwurf bzw. Ausschuss, der in der Produktion durch Toleranzüberschreitung der Empfangsspannung im Ruhezustand entsteht, reduziert; andererseits wird es hierdurch weiterhin ermöglicht, bei einer Sensoreinrichtung in Form eines Radsensors auch noch am Einbauort an der Schiene einen Abgleich in einem bereits teilweise oder vollständig montierten Zustand des Radsensors vorzunehmen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung in Abhängigkeit von der jeweiligen Realisierung in für sich bekannter Art und Weise eine oder mehrere Sendespulen aufweisen kann. In entsprechender Weise gilt dies auch dafür, dass eine Empfangsspule oder mehrere Empfangsspulen vorgesehen sein können. In Abhängigkeit von ihrer Anordnung sowie ihrer Verschaltung können mehrere Empfangsspulen hierbei mehrere Kanäle, etwa zur Fahrtrichtungserkennung, realisieren. Alternativ hierzu können auch mehrere Empfangsspulen in Form von Teilspulen zur Störfeldunterdrückung (gegensinnig) verschaltet sein. Sofern die Sensoreinrichtung mehrere voneinander unabhängige Empfangsspulen zwecks Realisierung unterschiedlicher Sensorkanäle aufweist, ist vorteilhafterweise im Bereich jeder dieser Empfangsspulen eine entsprechende Abgleichspule vorgesehen, um einen Abgleich der Empfangsspannung jeder der Empfangsspulen zu ermöglichen. Hingegen wird es im Falle miteinander verschalteter Empfangsspulen in der Regel ausreichen, eine einzelne Abgleichspule für einen Abgleich der Empfangsspannung vorzusehen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist die Abgleichspule zumindest teilweise innerhalb der Empfangsspule angeordnet und die Position der Abgleichspule entlang einer Längsachse der Empfangsspule veränderbar. Dies bedeutet, dass die Abgleichspule innerhalb der Empfangsspule entlang deren Längsachse verschiebbar ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein vergleichsweise einfacher und kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung realisiert.
Alternativ zu der zuvor genannten Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass die Abgleichspule in Richtung einer Längsachse der Empfangsspule oberhalb oder unterhalb der Empfangsspule angeordnet ist und die Position der Abgleichspule in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Empfangsspule veränderbar ist. In Abhängigkeit von dem genauen Aufbau der Sensoreinrichtung kann auch diese Ausführungsform Vorteile aufweisen, etwa im Hinblick darauf, dass keine Änderung im Bereich innerhalb der Empfangsspule erforderlich ist. Weiterhin ist auch diese Ausführungsform auf vergleichsweise einfache Art und Weise realisierbar.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist die Abgleichspule kurzgeschlossen. Dies ist vorteilhaft, da die Abgleichspule somit im Wesentlichen als Transformator wirkt. Dies hat zur Folge, dass Abhängigkeiten von der Stärke des Magnetfelds oder der Umgebungstemperatur vorteilhafterweise vermieden werden. So werden insbesondere keine aktiven Bauelemente oder magnetfeldabhängige Materialien, wie z. B. Ferrit, verwendet, wodurch sich vorteilhafterweise eine hohe Zuverlässigkeit und Robustheit sowohl des Abgleichs als auch der Sensoreinrichtung ergibt.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart ausgestaltet sein, dass die Abgleichspule in einem Sackloch angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass mögliche Witterungseinflüsse reduziert werden und eine Verfüllung des Bereichs der Abgleichspule mit Vergussmasse nach erfolgtem Abgleich erleichtert bzw. vereinfacht wird.
Die Ausrichtung der Empfangsspule sowie der Sendespule in Bezug auf die Bewegungsrichtung kann grundsätzlich auf unterschiedliche, für sich bekannte Art und Weise gegeben sein. Letztlich ist hierbei lediglich zu gewährleisten, dass die Gesamtanordnung zu einer Sensoreinrichtung führt, welche ein sich in einer Bewegungsrichtung der Sensoreinrichtung annäherndes oder in der Bewegungsrichtung an der Sensoreinrichtung vorbeibewegendes Objekt zuverlässig detektiert und erforderlichenfalls zugleich robust gegenüber möglichen Störeinflüssen ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist die Längsachse der Empfangsspule im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgebildet und die Längsachse der Sendespule im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet. Dies ist vorteilhaft, da diese für sich bekannte Anordnung, bei der die Empfangsspule sowie die Sendespule vorzugsweise in Bewegungsrichtung gesehen hintereinander angeordnet sind, im Hinblick auf bestehende Anforderungen in Bezug auf Zuverlässigkeit und Robustheit der Sensoreinrichtung besonders geeignet und bewährt ist.
Grundsätzlich kann es sich bei der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung um eine Sensoreinrichtung zur Detektion von Objekten aus Metall beliebiger Art handeln.
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 Sensoreinrichtungen in Form von Radsensoren für Anwendungen im Bereich der Eisenbahnsignaltechnik im großen Umfang eingesetzt werden und hierbei besonders hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit sowie die Robustheit bestehen. Hieraus folgt, dass insbesondere für Sensoreinrichtungen in Form von Radsensoren eine Abgleichmöglichkeit der Empfangsspannung der Empfangsspule im montierten Zustand des Spulensystems aus Sende- und Empfangsspule wünschenswert ist.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Abgleichen einer 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 zumindest eine wechselstromgespeiste Sendespule sowie zumindest eine Empfangsspule aufweist.
Hinsichtlich des Verfahrens liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abgleichen einer Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung anzugeben, das flexibel einsetzbar ist und zugleich einen Abgleich der Sensoreinrichtung auf vergleichsweise aufwandsarme und kostengünstige Art und Weise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Bereich der Empfangsspule eine Abgleichspule vorgesehen wird und die Sensoreinrichtung dadurch abgeglichen wird, dass durch eine Positionsänderung der Abgleichspule eine von der Sendespule in die Empfangsspule induzierte Empfangsspannung verändert wird.
Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren entweder bereits im Rahmen der Herstellung der jeweiligen Sensoreinrichtung durchgeführt werden oder aber auch während oder nach einer Montage der Sensoreinrichtung an ihrem vorgesehenen Einbauort. Hierbei kann die Positionsänderung der Abgleichspule grundsätzlich automatisch, d. h. beispielsweise mittels eines elektrischen Antriebs und einer Steuereinrichtung zum automatischen Abgleichen der Empfangsspannung, erfolgen. Alternativ hierzu kann die Positionsänderung der Abgleichspule jedoch auch manuell durchgeführt werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen im Wesentlichen denjenigen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung, so dass diesbezüglich auf die entsprechenden vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Gleiches gilt hinsichtlich der im Folgenden genannten bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in Bezug auf die jeweilige entsprechende bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung, so dass auch diesbezüglich auf die entsprechenden vorstehenden Erläuterungen verwiesen wird.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren derart weitergebildet sein, dass eine zumindest teilweise innerhalb der Empfangsspule angeordnete Abgleichspule verwendet wird und die Sensoreinrichtung durch eine Änderung der Position der Abgleichspule entlang einer Längsachse der Empfangsspule abgeglichen wird.
Alternativ hierzu kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in der Form ausgestaltet sein, dass eine in Richtung einer Längsachse der Empfangsspule oberhalb oder unterhalb der Empfangsspule angeordnete Abgleichspule verwendet wird und die Sensoreinrichtung durch eine Änderung der Position der Abgleichspule in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse der Empfangsspule abgeglichen wird.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine kurzgeschlossene Abgleichspule verwendet.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch derart ausgeprägt sein, dass eine Sensoreinrichtung abgeglichen wird, die derart aufgebaut ist, dass die Längsachse der Empfangsspule im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist und die Längsachse der Sendespule im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Abhängigkeit von einem gewünschten Einstellbereich des Abgleichs Abgleichspulen verwendet, die sich in Bezug auf ihre Windungszahl, ihren Durchmesser und/oder ihre Länge unterscheiden. Dies ist vorteilhaft, da im Rahmen des Abgleichverfahrens der jeweilige Einstellbereich durch den physikalischen Aufbau bzw. die Geometrie der Abgleichspule bestimmt werden kann. Neben den genannten Parametern besteht durch eine Variation des Abstands der Abgleichspule zur Empfangsspule eine weitere Möglichkeit, die jeweilige Empfangsspannung der Empfangsspule bzw. deren Einstellbereich zu beeinflussen. Damit erlaubt es das Verfahren vorteilhafterweise, die jeweils verwendete Abgleichspule bzw. Konfiguration an die jeweiligen Bedürfnisse anzupassen, die sich aus den abzugleichenden Toleranzen aus Fertigung oder Montage ergeben.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch derart ablaufen, dass die Abgleichspule nach erfolgtem Abgleich in ihrer Position fixiert wird. Eine entsprechende Fixierung kann beispielsweise durch ein Verkleben der Abgleichspule erfolgen und stellt sicher, dass sich die Position der Abgleichspule nach erfolgtem Abgleich nicht mehr ändert.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch derart weitergebildet sein, dass der Bereich der Abgleichspule nach erfolgtem Abgleich mit Vergussmasse verfüllt wird. Durch ein entsprechendes Verfüllen des Bereichs der Abgleichspule, d. h. beispielsweise eines Sacklochs, in welchem die Abgleichspule angeordnet ist, erfolgt vorteilhafterweise eine Versiegelung, durch die Witterungseinflüsse ausgeschlossen werden. Vorzugsweise geschieht dies unter Verwendung eines passenden, temperaturstabilen und elektrisch neutralen Füllstoffs, wobei die Abgleichspule nach erfolgtem Abgleich bzw. erfolgter Justierung fixiert bzw. verklebt und anschließend das entsprechende Loch versiegelt wird. Dabei soll das Verfüllen des Bereichs der Abgleichspule mit Vergussmasse derart erfolgen, dass durch diese Versiegelung der vorgenommene Abgleich nicht verändert wird, z. B. durch thermische Belastung. Hierbei ist zu beachten, dass ein Nachjustieren nach erfolgter Verfüllung nicht mehr möglich ist, so dass die gesamte Anordnung dauerhaft stabil aufgebaut sein muss.
Es sei darauf hingewiesen, dass ein Abgleich bzw. Feinabgleich der Empfangsspannung der Empfangsspule im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf einen definierten Wert bzw. einen definierten Wertebereich erfolgen kann. Vorzugsweise kann es sich hierbei um einen Nullabgleich handeln, so dass im unbeeinflussten Zustand der Sensoreinrichtung durch die Sendespule keine Empfangsspannung in der Empfangsspule induziert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigt
1 in einer schematischen Skizze ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung in Form eines Radsensors im montierten Zustand,
2 in einer schematischen Skizze einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und
3 in einer schematischen Skizze einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer zu den 1 und 2 alternativen Anordnung einer Abgleichspule.
In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten aus Gründen der Übersichtlichkeit mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt in einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 1 in Form eines Radsensors im montierten Zustand. Dabei ist die Sensoreinrichtung 1 in Form des Radsensors zur Verdeutlichung der Ausrichtung der Spulen der Sensoreinrichtung 1 in schematischer Form in einem Zustand gezeigt, in welchem die Sensoreinrichtung 1 an einer Eisenbahnschiene 100 montiert bzw. angeordnet ist.
Die Sensoreinrichtung 1 weist eine Sendespule 10 sowie zwei Empfangsspulen 20 und 30 auf. Dabei sei angenommen, dass es sich bei den Empfangsspulen 20 und 30 dahingehend um voneinander unabhängige Spulen bzw. Systeme handelt, das durch sie zur Fahrtrichtungserkennung zwei unabhängige Kanäle der Sensoreinrichtung 1 realisiert werden. Dies bedeutet, dass für den Fall, dass sich ein Eisenrad eines Schienenfahrzeugs entlang der Schiene 100 an der Sensoreinrichtung 1 vorbeibewegt, anhand des zeitlichen Ablaufs des Ansprechverhaltens der Empfangsspulen 20 und 30 erkannt werden kann, ob sich das betreffende Schienenfahrzeug von links nach rechts oder von rechts nach links an der Sensoreinrichtung 1 vorbeibewegt hat.
Vorsorglich sei darauf hingewiesen, dass in der schematischen Darstellung der 1 ausschließlich diejenigen Komponenten gezeigt sind, die für ein Verständnis der beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. So sind insbesondere solche Komponenten, die zur Speisung der Sendespule 10 mit einem Wechselstrom und zur Überwachung der Empfangsspannungen der Empfangsspulen 20 und 30 sowie zu einer Meldung detektierter Räder erforderlich sind, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die entsprechenden Schaltungen und Komponenten sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Eisenbahnsignaltechnik bzw. auf dem Gebiet der Radsensoren als solche bekannt, so dass weitergehende diesbezügliche Ausführungen an dieser Stelle nicht erforderlich sind.
In 1 ist erkennbar, dass im Bereich der Empfangsspulen 20 und 30 jeweils eine Bohrung bzw. ein Hohlraum 25 bzw. 35 vorgesehen ist. Alternativ zu der Darstellung der 1 könnte es sich bei dem entsprechenden Hohlraum 25 bzw. 35 insbesondere auch um eine Sackbohrung bzw. ein Sackloch handeln.
Weiterhin ist in 1 erkennbar, dass im Bereich der Bohrungen 25, 35 jeweils eine Abgleichspule 40, 50 vorgesehen ist. Durch eine Positionsänderung der jeweiligen Abgleichspule 40 bzw. 50, deren Richtung in 1 durch entsprechende Pfeile 45 bzw. 55 angedeutet ist, ist es hierbei möglich, eine von der wechselstromgespeisten Sendespule 10 in die Empfangsspulen 20 bzw. 30 induzierte Empfangsspannung zu verändern. Hierdurch wird es vorteilhafterweise ermöglicht, für jede der beiden Empfangsspulen 20, 30 einen Abgleich der jeweiligen Empfangsspannung auf einen vorgesehenen Wert vorzunehmen. Dies kann beispielsweise in Form eines Nullabgleichs geschehen.
In 1 ist somit eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung skizziert, bei der die Abgleichspulen 40, 50 zumindest teilweise innerhalb der jeweiligen Empfangsspule 20, 30 angeordnet sind und die Positionen der Abgleichspulen 40, 50 entlang einer Längsachse der jeweiligen Empfangsspule 20 bzw. 30 veränderbar sind.
Hinsichtlich der Anordnung der Sendespule 10 sowie der Empfangsspulen 20 und 30 in Bezug auf eine durch die Schiene 100 definierte Bewegungsrichtung zeichnet sich die Spulenanordnung gemäß 1 dadurch aus, dass die Längsachsen der Empfangsspulen 20, 30 im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sind, während die Längsachse der Sendespule 10 im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung, d. h. parallel zur Schienenlängsrichtung, ausgerichtet ist. Darüber hinaus sind die Sendespule 10 sowie die Empfangsspulen 20 und 30 bei der Anordnung gemäß 1 in Schienenlängsrichtung betrachtet hintereinander auf einer gemeinsamen horizontalen Linie angeordnet. Alternativ hierzu könnten die Spulen 10, 20, 30 jedoch auch teilweise versetzt zueinander oder ggf. auch im Vergleich zu der gezeigten Anordnung gekippt angeordnet sein.
Im Folgenden soll die Funktionsweise der Abgleichspulen 40, 50 anhand 2 näher erläutert werden.
2 zeigt in einer schematischen Skizze einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Konkret sind in 2 hierbei lediglich die Empfangsspule 20, die Bohrung bzw. der Hohlraum 25 sowie die innerhalb dieses Hohlraums 25 angeordnete Abgleichspule 40 dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass die beiden Enden der Abgleichspule 40 kurzgeschlossen sind. Dies bietet den Vorteil, dass die Empfangsspannung der Empfangsspule 20 durch die Abgleichspule 40 im Wesentlichen basierend auf einem transformatorischen Wirkprinzip beeinflusst wird. Vorteilhafterweise ist hierbei die Abgleichspule 40 bzw. der sie umgebende Bereich frei von aktiven Bauelementen sowie von magnetfeldabhängigen Materialien, wie z. B. Ferrit, wodurch eine besonders hohe Zuverlässigkeit und Robustheit erzielt wird.
Ein Abgleich der Empfangsspannung der Empfangsspule 20 erfolgt nun derart, dass von der in 2 nicht dargestellten wechselstromgespeisten Sendespule eine Empfangsspannung in der Empfangsspule 20 induziert wird. Dabei ist die Empfangsspule 20 ebenso wie die Empfangsspule 30 gemäß 1 vorteilhafterweise derart zu der Sendespule 10 angeordnet, dass sie ohne Feldverzerrung von außen, d. h. im unbeeinflussten Zustand der Sensoreinrichtung, eine minimale Empfangsspannung liefert.
Mittels einer Bewegung bzw. Positionsänderung der Abgleichspule 40 in der durch das Bezugszeichen 45 gekennzeichneten Richtung ist es nun vorteilhafterweise möglich, einen Abgleich bzw. Feinabgleich der Empfangsspannung der Empfangsspule 20 vorzunehmen. Vorzugsweise geschieht dies bereits bei Herstellung der Sensoreinrichtung im Werk, in welchem Fall die Abgleichspule 40 im montierten Zustand der Sensoreinrichtung ggf. hinsichtlich ihrer Position nicht mehr veränderbar ist. Im Rahmen des Abgleichs erfolgt hierbei durch eine entsprechende Änderung der Position der Abgleichspule 40 eine Einstellung der Empfangsspannung der Empfangsspule 20 auf einen definierten Wert, wobei vorzugsweise ein Nullabgleich, d. h. eine Einstellung auf eine Spannung von 0 V, erfolgen kann.
Nach erfolgtem Abgleich wird die Abgleichspule 40 vorzugsweise in ihrer Position fixiert, was beispielsweise durch ein Verkleben der Abgleichspule 40 erfolgen kann. Anschließend erfolgt vorteilhafterweise ein Verfüllen des Hohlraums 25 mittels einer Vergussmasse, um das Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit zu verhindern und eine dauerhafte Stabilität zu gewährleisten.
Sofern ein entsprechender Abgleich mittels der Abgleichspule 40 erst im Rahmen der Montage der Sensoreinrichtung an der Schiene erfolgt, so kann die Abgleichspule 40 beispielsweise durch ein Einschrauben verstellbar sein, wobei im abgeglichenen bzw. justierten Zustand eine erneute Verstellung im Betrieb der Sensoreinrichtung zu vermeiden ist. Nach erfolgtem Abgleich kann ggf. zusätzlich noch eine Isolierung sowie eine Abdeckung des Hohlraums 25 etwa mittels eine Abdeckkappe erfolgen.
Es sei darauf hingewiesen, dass in Abhängigkeit von einem gewünschten Einstellbereich und den jeweiligen Anforderungen sowie Gegebenheiten im Rahmen des Abgleichs Abgleichspulen 40 unterschiedlicher Geometrie verwendet werden können. Dies bedeutet, dass sich die entsprechenden Abgleichspulen 40, insbesondere in Bezug auf ihre Windungszahl, ihren Durchmesser und/oder ihre Länge unterscheiden können.
3 zeigt in einer schematischen Skizze einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer zu den 1 und 2 alternativen Anordnung einer Abgleichspule.
Die Sensoreinrichtung gemäß 3 bzw. der dargestellte Ausschnitt derselben unterscheidet sich hierbei dahingehend von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, dass eine Abgleichspule 60 vorgesehen ist, die in Richtung einer Längsachse der Empfangsspule 20 oberhalb derselben angeordnet ist. Ein Abgleich der Empfangsspannung der Empfangsspule 20 ist hierbei dadurch möglich, dass die Position der Abgleichspule 60 in einer mit dem Bezugszeichen 65 gekennzeichneten Richtung innerhalb eines entsprechenden Hohlraums bzw. einer entsprechenden Bohrung 70 verändert wird. Während in 3 hierbei unter Berücksichtigung der Darstellung in 1 eine Änderung der Position bezogen auf die Schienenlängsrichtung angedeutet ist, so kann die entsprechende Positionsänderung grundsätzlich jedoch generell in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Empfangsspule 60 erfolgen, das heißt bei einer Konfiguration entsprechend 1 auch dadurch, dass die Position der Abgleichspule 60 zur Empfangsspule 20 senkrecht zur Schienenlängsrichtung variiert wird.
Im Übrigen entspricht die Ausführungsform gemäß 3 hinsichtlich ihrer Vorteile sowie des ermöglichten Abgleichverfahrens im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 2.
Entsprechend den vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit den beschriebenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen diese insbesondere den Vorteil auf, dass sie eine flexible und vergleichsweise aufwandsarme und kostengünstige Abgleichmöglichkeit für die Empfangsspannung der Empfangsspule 20 bzw. für die Empfangsspannungen der Empfangsspulen 20, 30 der Sensoreinrichtung schaffen.
Im Ergebnis führt dies vorteilhafterweise dazu, dass sich die Herstellung entsprechender Sensoreinrichtungen vereinfacht, da Ungenauigkeiten bei der Positionierung bzw. dem Einbau der Sendespule 10 bzw. der Empfangsspulen 20 und 30 in ein Gehäuse der Sensoreinrichtung nachträglich durch einen entsprechenden Abgleich korrigiert werden können. Ursache hierfür ist, dass eine vergleichsweise grobe Voreinstellung der jeweiligen Empfangsspannung ausreicht, da anschließend noch ein Abgleich bzw. eine Feineinstellung von außen mittels der jeweiligen Abgleichspule 40, 50 möglich ist. Hierdurch wird folglich der Ausschuss im Rahmen der Produktion aufgrund von Toleranzüberschreitungen der Empfangsspannung im Ruhezustand reduziert. Gleichzeitig oder alternativ hierzu wird auch eine Möglichkeit geschaffen, einen Abgleich bzw. eine Feineinstellung im bereits montierten Zustand am Einbauort, etwa an der Schiene, vorzunehmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012212939 A1 [0002]
EP 0340660 A2 [0002]
DE 102014207409 A1 [0002]

Claims

Sensoreinrichtung (1) zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung der Sensoreinrichtung (1) annäherndes oder in der Bewegungsrichtung an der Sensoreinrichtung (1) vorbeibewegendes Objekt verursacht ist, wobei die Sensoreinrichtung (1) zumindest eine wechselstromgespeiste Sendespule (10) sowie zumindest eine Empfangsspule (20, 30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Empfangsspule (20, 30) eine Abgleichspule (40, 50) vorgesehen ist, wobei durch eine Positionsänderung der Abgleichspule (40, 50) eine von der Sendespule (10) in die Empfangsspule (20, 30) induzierte Empfangsspannung veränderbar ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abgleichspule (40, 50) zumindest teilweise innerhalb der Empfangsspule (20, 30) angeordnet ist und – die Position der Abgleichspule (40, 50) entlang einer Längsachse der Empfangsspule (20, 30) veränderbar ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abgleichspule (40, 50) in Richtung einer Längsachse der Empfangsspule (20, 30) oberhalb oder unterhalb der Empfangsspule (20, 30) angeordnet ist und – die Position der Abgleichspule (40, 50) in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Empfangsspule (20, 30) veränderbar ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgleichspule (40, 50) kurzgeschlossen ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgleichspule (40, 50) in einem Sackloch angeordnet ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Längsachse der Empfangsspule (20, 30) im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist und – die Längsachse der Sendespule (10) im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (1) als Radsensor zum Erfassen einer Magnetfeldänderung ausgebildet ist, die durch ein Objekt in Form eines sich auf einer Schiene (100) in der Bewegungsrichtung in Form der Schienenlängsrichtung annähernden oder in der Schienenlängsrichtung an dem Radsensor vorbeibewegenden Rades verursacht ist.
Verfahren zum Abgleichen einer Sensoreinrichtung (1) zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung der Sensoreinrichtung (1) annäherndes oder in der Bewegungsrichtung an der Sensoreinrichtung (1) vorbeibewegendes Objekt verursacht ist, wobei die Sensoreinrichtung (1) zumindest eine wechselstromgespeiste Sendespule (10) sowie zumindest eine Empfangsspule (20, 30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – im Bereich der Empfangsspule (20, 30) eine Abgleichspule (40, 50) vorgesehen wird und – die Sensoreinrichtung (1) dadurch abgeglichen wird, dass durch eine Positionsänderung der Abgleichspule (40, 50) eine von der Sendespule (1) in die Empfangsspule (20, 30) induzierte Empfangsspannung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – eine zumindest teilweise innerhalb der Empfangsspule (20, 30) angeordnete Abgleichspule (40, 50) verwendet wird und – die Sensoreinrichtung (1) durch eine Änderung der Position der Abgleichspule (40, 50) entlang einer Längsachse der Empfangsspule (20, 30) abgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – eine in Richtung einer Längsachse der Empfangsspule (20, 30) oberhalb oder unterhalb der Empfangsspule (20, 30) angeordnete Abgleichspule (40, 50) verwendet wird und – die Sensoreinrichtung (1) durch eine Änderung der Position der Abgleichspule (40, 50) in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse der Empfangsspule (20, 30) abgeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine kurzgeschlossene Abgleichspule (40, 50) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinrichtung (1) abgeglichen wird, die derart aufgebaut ist, dass die Längsachse der Empfangsspule (20, 30) im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist und die Längsachse der Sendespule (10) im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem gewünschten Einstellbereich des Abgleichs Abgleichspulen (40, 50) verwendet werden, die sich in Bezug auf ihre Windungszahl, ihren Durchmesser und/oder ihre Länge unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüchen 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgleichspule (40, 50) nach erfolgtem Abgleich in ihrer Position fixiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüchen 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Abgleichspule (40, 50) nach erfolgtem Abgleich mit Vergussmasse verfüllt wird.