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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung zum Erzeugen eines Raddetektionssignals, das ein Rad eines Schienenfahrzeugs auf einer Schiene einer Schienenfahrzeugstrecke anzeigt, mit einem auf einer Seite der Schiene angebrachten Sensor, der ein Rad auf der Schiene detektieren und ausgangsseitig ein Sensorsignal ausgeben kann.
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Eine solche Sensoreinrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift „Die Herausforderungen an Raddetektionen und Achszählung in der Zukunft“ (Martin Rosenberger, Signal + Draht (103) 9/2011, Seiten 6 bis 12) sowie „Raddetektion mit Geschwindigkeitsausgabe bietet echten Mehrwert“ (Martin Rosenberger und Christian Pucher, Signal + Draht (105) 5/2013, Seiten 12 bis 16) bekannt. Die Sensoreinrichtungen sind an der Gleisinnenseite der Schienen angebracht und detektieren im Wesentlichen den Spurkranz eines überfahrenden Rades.
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Durch Toleranzen im Schienenabstand zwischen den zueinander parallelen Schienen einer Schienenfahrzeugstrecke sowie durch Abnutzung der Schienen kann es zu einem seitlichen Versatz der Räder des Schienenfahrzeuges relativ zur Schienenmitte kommen. Dieser Versatz ändert sich während der Fahrt und das Schienenfahrzeug führt Pendelbewegungen zu beiden Seiten aus; man nennt dies den Schwärmbereich des Gleises.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung anzugeben, die eine besonders zuverlässige Raddetektion und ein fehlerarmes Erzeugen eines Raddetektionssignals ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung zumindest einen weiteren Sensor umfasst, der auf der anderen Seite derselben Schiene angebracht ist, ein Rad auf der Schiene detektieren und ausgangsseitig ein Sensorsignal ausgeben kann, und dass mit dem einen und dem zumindest einen weiteren Sensor eine Auswerteinrichtung in Verbindung steht, die derart ausgestaltet ist, dass sie in Abhängigkeit von den Sensorsignalen der zumindest zwei Sensoren das Raddetektionssignal erzeugt.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist darin zu sehen, dass bei dieser zwei voneinander unabhängige Sensorsignale erfasst werden, die sich auf unterschiedliche Seiten der Schiene beziehen. Auch im Falle eines sehr großen Schwärmbereichs bzw. eines sehr großen Versatzes eines die Schiene überfahrenden Rades relativ zur Schienenmitte wird zumindest einer der beiden Sensoren bzw. eines der beiden Sensorsignale stets zuverlässig ein Überfahren durch ein Rad detektieren und anzeigen.
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Vorzugsweise überlappt sich die Anordnung der Sensoren quer zur Schiene gesehen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante liegen die Sensoren - quer zur Schiene gesehen - einander versatzfrei gegenüber.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante sind die Sensoren in Schienenlängsrichtung versetzt angeordnet. Eine solche Ausgestaltung führt in vorteilhafter Weise zu einer zeitlichen Verlängerung des Raddetektionssignals, wenn die Sensoreinrichtung von einem Rad überfahren wird.
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Die Sensorsignale sind vorzugsweise analoge oder digitale Sensorsignale, die den Signalpegel des jeweiligen Sensorsignals quantitativ anzeigen. Die Auswerteinrichtung addiert vorzugsweise die Signalpegel der Sensorsignale unter Bildung eines Summensignals und erzeugt das Raddetektionssignal, wenn der Signalpegel des Summensignals einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Auswerteinrichtung die Signalpegel der Sensorsignale vergleicht, den größeren Signalpegel der zwei Sensorsignale auswählt und das Raddetektionssignal erzeugt, wenn der größere Signalpegel einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
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Bei einer anderen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Sensorsignale binäre Sensorsignale sind und die Auswerteinrichtung das Raddetektionssignal erzeugt, wenn der Signalpegel zumindest eines der beiden binären Sensorsignale einen Binärwert aufweist, der sensorseitig ein Überfahren der Schiene anzeigt.
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Der eine Sensor kann räumlich tiefer als der weitere Sensor angeordnet sein. Vorzugsweise wird der nicht vom Spurkranz (so vorhanden) des Rades überfahrene Sensor höher als der vom Spurkranz überfahrene Sensor angeordnet.
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Bei einer besonders bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass die zwei genannten Sensoren ein erstes Sensorpaar bilden und ein weiteres Sensorpaar in Schienenlängsrichtung versetzt an derselben Schiene angeordnet ist, wobei einer der Sensoren des weiteren Sensorpaares auf der eine Seite der Schiene und der andere Sensor des weiteren Sensorpaares auf der anderen Seite derselben Schiene angebracht ist. Die Auswerteinrichtung steht vorzugsweise mit den Sensoren der zwei Sensorpaare in Verbindung und ist derart ausgestaltet, dass sie in Abhängigkeit von den Sensorsignalen der vier Sensoren das Raddetektionssignal erzeugt. Vorzugsweise erzeugt die Auswerteinrichtung außerdem eine Bewegungsrichtungsangabe im Falle einer Raddetektion.
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Bei zumindest einem der zwei Sensorpaare sind die Sensoren in Schienenlängsrichtung bevorzugt versetzt angeordnet, beispielsweise um eine zeitliche Verlängerung des Raddetektionssignals zu erreichen, wenn die Sensoreinrichtung von einem Rad überfahren wird.
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Vorzugsweise sind bei beiden der zumindest zwei Sensorpaare die Sensoren in Schienenlängsrichtung versetzt angeordnet.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Raddetektionssignals, das ein Rad eines Schienenfahrzeugs auf einer Schiene einer Schienenfahrzeugstrecke anzeigt, wobei ein Sensorsignal eines auf einer Seite der Schiene angebrachten Sensors ausgewertet wird.
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Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorgesehen, dass das Sensorsignal zumindest eines weiteren Sensors ausgewertet wird, der auf der anderen Seite derselben Schiene angebracht ist, und in Abhängigkeit von den Sensorsignalen der zumindest zwei Sensoren das Raddetektionssignals erzeugt wird.
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Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung verwiesen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
- 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung in einem Querschnitt im Falle eines Überfahrens der Sensoreinrichtung durch ein Rad, wobei die 1 eine im Wesentlichen mittige Position des Rades über der Sensoreinrichtung zeigt,
- 2-3 die Sensoreinrichtung gemäß 1 im Falle einer außermittigen Position des die Sensoreinrichtung überfahrenden Rades,
- 4 die Anordnung der Sensoren der Sensoreinrichtung gemäß den 1 bis 3 in einer Draufsicht,
- 5 eine Variante der Sensoreinrichtung gemäß den 1 bis 4, bei der die Anordnung der Sensoren in Schienenlängsrichtung versetzt ist,
- 6 ein Ausführungsbeispiel für eine Sensoreinrichtung, die mit zwei Sensorpaaren ausgestattet ist, wobei die Sensoren eines jeden Sensorpaares paarweise versatzfrei einander gegenüberliegen, und
- 7 ein Ausführungsbeispiel für eine Sensoreinrichtung mit zwei Sensorpaaren, bei der die Sensoren der beiden Sensorpaare jeweils in Schienenlängsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
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In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt in einem Querschnitt eine Sensoreinrichtung 10, die an einer Schiene 50 angebracht ist. Die Sensoreinrichtung 10 umfasst einen Sensor 110 und einen weiteren Sensor 210, die jeweils in einem Gehäuse 100 bzw. 200 untergebracht sind. Der Sensor 110 ist auf der in der 1 linken Schienenseite 51 einer Schiene 50 und der weitere Sensor 210 auf der gegenüberliegenden rechten Schienenseite 52 der Schiene angeordnet. Die Befestigung der Sensoren 110 und 210 bzw. die der Gehäuse 100 und 200 an der Schiene 50 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt.
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Bei den beiden Sensoren 110 und 210 handelt es sich vorzugsweise um Achszählsensoren, wie sie in der Gleisfreimeldetechnik bekannt sind und nach dem Prinzip des sogenannten Näherungsschalters arbeiten. Bei den beiden Sensoren 110 und 210 ist die Detektionsrichtung jeweils hauptsächlich nach oben ausgerichtet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dient der linke Sensor 110 zur Detektion der Lauffläche 91 eines die Schiene befahrenden Rades 90; der rechte Sensor 210 dient vornehmlich zur Detektion des Spurkranzes 92 des Rades 90.
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Die beiden Sensoren 110 und 210 stehen mit einer Auswerteinrichtung 300 in Verbindung, die die Sensorsignale S1 und S2 der beiden Sensoren 110 und 210 auswertet. In Abhängigkeit von den beiden Sensorsignalen S1 und S2 erzeugt die Auswerteinrichtung 300 ausgangsseitig ein Raddetektionssignal SD, wenn eine Auswertung der beiden Sensorsignale S1 und S2 ein Vorhandensein des Rades 90 bzw. Überfahren der Sensoreinrichtung 10 durch das Rad 90 ergibt.
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Bei den Sensorsignalen S1 und S2 kann es sich beispielsweise um binäre Signale handeln, deren jeweiliger Binärwert anzeigt, ob sensorseitig ein Überfahren der Schiene 50 festgestellt wurde oder nicht. Beispielsweise können die beiden Sensoren 110 und 210 eine logische „1“ als Sensorsignal S1 bzw. S2 ausgeben, wenn sie ein Überfahren durch ein Rad 90 festgestellt haben, und eine logische „0“, wenn sie ein solches Überfahren nicht festgestellt haben. Im Falle einer solchen Ausgestaltung der Sensorsignale S1 und S2 ist es vorteilhaft, wenn die Auswerteinrichtung 300 das Raddetektionssignal SD erzeugt, wenn zumindest eines der Sensorsignale S1 bzw. S2 eine logische „1“ aufweist. Zur Bildung des Raddetektionssignals SD kann in einem solchen Falle die Auswerteinrichtung 300 ein logisches ODER-Glied aufweisen oder durch ein solches gebildet sein, das eingangsseitig mit den Sensorsignalen S1 und S2 beaufschlagt ist und ausgangsseitig das Raddetektionssignal SD ausgibt.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die beiden Sensorsignale S1 und S2 der beiden Sensoren 110 und 210 analoge oder digitale Sensorsignale sind, die jeweils einen Signalpegel quantitativ anzeigen. Im Falle einer solchen Ausgestaltung der Sensorsignale S1 und S2 kann die Auswerteinrichtung 300 beispielsweise die Signalpegel der beiden Sensorsignale S1 und S2 addieren bzw. „verunden“ und das Raddetektionssignal SD dann bilden, wenn das Summensignal einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Auswerteinrichtung 300 die Signalpegel der beiden Sensorsignale S1 und S2 miteinander vergleicht, den größeren der beiden Signalpegel auswählt, den größeren der beiden Signalpegel mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht und das Raddetektionssignal SD erzeugt, wenn der größere Signalwert den vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Bei der letztgenannten Ausführungsvariante kann die Auswerteinrichtung 300 beispielsweise durch einen Mikroprozessor gebildet sein oder einen solchen zumindest auch umfassen.
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Da bei der Sensoreinrichtung 10 gemäß 1 zwei Sensoren 110 und 210 vorhanden sind, die auf gegenüberliegenden Seiten der Schiene 50 angeordnet sind, kann ein Rad 90 auch dann zuverlässig erkannt werden, wenn die Ausrichtung des Rades 90 oberhalb der Schiene 50 nicht exakt mittig ist, wie dies beispielhaft in der 1 dargestellt ist, sondern außermittig; dies soll nachfolgend näher im Detail anhand der 2 und 3 erläutert werden. Der Schwärmbereich, der die mögliche horizontale Verschiebung des Rades 90 oberhalb der Schiene 50 andeutet, ist in den 1 bis 3 mit dem Bezugszeichen SB gekennzeichnet.
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Die 2 zeigt die Schiene 50 und das Rad 90 sowie die Sensoreinrichtung 10 gemäß 1 im Falle einer außermittigen Anordnung des Rades 90, wobei bei der Darstellung gemäß 2 die Lauffläche 91 des Rades 90 sowie der Spurkranz 92 so stark nach rechts gerückt sind, dass der Sensor 110 keine Radüberfahrung mehr detektieren wird und ausgangsseitig ein Sensorsignal S1 ausgeben wird, das keine Raddetektion anzeigt. Trotz allem wird die Sensoreinrichtung 10 ein Raddetektionssignal SD erzeugen können, weil nämlich das Sensorsignal S2 des weiteren Sensors 210 den Spurkranz 92 oder zumindest die Lauffläche 91 des Rades 90 detektieren wird, so dass zumindest ein Sensorsignal vorliegt, das eine Radüberfahrung anzeigt und die Erzeugung eines Raddetektionssignals SD zuverlässig ermöglicht.
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Die 3 zeigt den Fall, dass das Rad 90 oberhalb der Schiene 50 so weit nach links gerückt ist, dass der Spurkranz 92 aus dem Detektionsbereich des weiteren Sensors 210 herausgerutscht ist. Ein solches Herausrutschen des Spurkranzes 92 kann insbesondere dann auftreten, wenn sich aufgrund eines Schienenverschleißes im Bereich der Schienenoberseite der Schiene 50 eine Rille bzw. Nut gebildet hat, in die der Spurkranz 92 eindringen kann. Auch in einem solchen Falle kann die Sensoreinrichtung 10 eine Überfahrt des Rades 90 feststellen, da nämlich der linke Sensor 110 die Lauffläche 91 des Rades 90 detektieren wird und ausgangsseitig ein Sensorsignal S1 erzeugen wird, das die Überfahrt durch ein Rad 90 anzeigt. Die Auswerteinrichtung 300 hat also allein aufgrund des Sensorsignals S1 die Information, dass ein Überfahren mit einem Rad 90 stattfindet und kann demgemäß ein entsprechendes Raddetektionssignal SD erzeugen, das das Überfahren bestätigt.
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Die Nut, die durch Verschleiß in der Schiene 50 eingeschliffen wurde und ein Eindringen des Spurkranzes 92 ermöglicht, ist in der 3 mit dem Bezugszeichen 53 gekennzeichnet.
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Die 4 zeigt die Sensoreinrichtung 10 gemäß den 1 bis 3 in einer Draufsicht. Es lässt sich erkennen, dass die beiden Sensoren 110 und 210 in Schienenlängsrichtung SL unversetzt einander gegenüberliegen.
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Die 5 zeigt eine Variante der Sensoreinrichtung 10 gemäß den 1 bis 4. Bei der Ausführungsvariante gemäß 5 sind die Sensoren 110 und 210 der Sensoreinrichtung 10 in Schienenlängsrichtung SL der Schiene 50 versetzt angeordnet, wobei sie sich dennoch - zumindest geringfügig - in Schienenquerrichtung gesehen überlappen. Abgesehen von der versetzten Anordnung der Sensoren 110 und 210 entspricht die Sensoreinrichtung 10 gemäß der 5 der Sensoreinrichtung 10 gemäß den 1 bis 4, so dass auf die obigen Ausführungen verwiesen sei.
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Aufgrund der versetzten Anordnung der Sensoren 110 und 210 wird die Detektionslänge für die Detektion eines die Sensoreinrichtung 10 überfahrenden Rades vergrößert, so dass im Allgemeinen ausgangsseitig ein zeitlich längeres Raddetektionssignal SD im Falle einer Radüberfahrung erzeugt werden wird als dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 4 der Fall sein wird.
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Die 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Sensoreinrichtung 10, die ein erstes Sensorpaar P1 mit zwei gegenüberliegenden Sensoren 110 und 210 sowie ein zweites Sensorpaar P2 mit zwei einander gegenüberliegenden Sensoren 120 und 220 umfasst.
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Die Sensoren 110 und 210 des ersten Sensorpaares P1 sowie die Sensoren 120 und 220 des zweiten Sensorpaares P2 stehen mit einer Auswerteinrichtung 300 in Verbindung, die die Sensorsignale S110, S210, S120 und S220 der vier Sensoren 110, 210, 120 und 220 auswertet und ausgangsseitig ein Raddetektionssignal S330 bzw. S340 erzeugt, wenn die Sensorpaare P1 bzw. P2 ein Überfahren detektieren. Hierzu weist die Auswerteinrichtung 300 zwei Auswertmodule 310 und 320 auf, die jeweils einem der beiden Sensorpaare P1 bzw. P2 zugeordnet sind und deren zwei Sensorsignale unter Erzeugung der Raddetektionssignale S330 und S340 auswerten.
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Zusätzlich zu der Erzeugung der Raddetektionssignale S330 und S340 ist die Auswerteinrichtung 300 gemäß 6 in der Lage, eine Bewegungsmeldungsangabe bzw. Richtungsinformation RI bezüglich der Überfahrtrichtung zu erzeugen: Wird nämlich zeitlich zunächst das Raddetektionssignal S330 und erst anschließend das Raddetektionssignal S340 erzeugt, so kann eine Richtungserkennungseinheit 350 der Auswerteinrichtung 300 aus diesem Sachverhalt schließen, dass ein Rad zunächst das Sensorpaar P1 und erst anschließend das Sensorpaar P2 überfahren hat, also die Fahrtrichtung bei der Darstellung gemäß 6 von links nach rechts erfolgt. Wird hingegen zunächst das Raddetektionssignal S340 und erst anschließend das Raddetektionssignal S330 erzeugt, so wird die Richtungserkennungseinheit 350 der Auswerteinrichtung 300 aus diesem Sachverhalt schließen, dass ein diese Sensoreinrichtung 10 überfahrendes Rad bei der Darstellung gemäß 6 von rechts nach links fährt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 liegen die Sensoren der beiden Sensorpaare P1 und P2 einander versatzfrei gegenüber. Alternativ ist es möglich, die Sensoren der Sensorpaare P1 und P2 in Schienenlängsrichtung SL versetzt zueinander anzuordnen, um eine Verlängerung der Detektionslängen bzw. eine zeitliche Verlängerung der Raddetektionssignale S330 und S340 zu erreichen, wie dies bereits beispielhaft im Zusammenhang mit der 5 erläutert wurde. Eine solche Ausführungsvariante ist beispielhaft in der 7 in einer Draufsicht dargestellt.
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Alternativ ist es möglich, nur bei einem der Sensorpaare einen Versatz in Schienenlängsrichtung der Sensoren vorzusehen, und bei dem anderen Sensorpaar nicht. Eine solche Ausführungsform ist jedoch aus Gründen der Übersicht nicht weiter dargestellt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
