DE1273559B

DE1273559B - Anordnung zur magnetischen Signalgabe insbesondere fuer Eisenbahnsicherungseinrichtungen und Bergwerksfoerderanlagen

Info

Publication number: DE1273559B
Application number: DE1964S0091499
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kreipe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-06-12
Filing date: 1964-06-12
Publication date: 1968-07-25

Description

Anordnung zur magnetischen Signalgabe insbesondere für Eisenbahnsicherungseinrichtungen und Bergwerksförderanlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur magnetischen Signalgabe mit einer durch ein signalgebendes äußeres magnetisches Gleichfeld beeinflußbaren Induktionsspule mit Eisenkern, insbesondere für Eisenbahnsicherungseinrichtungen und Bergwerksförderanlagen.
Es ist bekannt, elektromagnetische Kreise, welche durch die Annäherung von Eisen oder Magneten beeinflußbar sind, als Signalgeber für Achszähleinrichtungen bei der Eisenbahn oder die Bündigkeitskontrolle in Bergwerksförderanlagen zu verwenden. Dabei sind auch Anordnungen bekanntgeworden, bei denen eine Induktionsspule mit Eisenkern mit einem Kondensator zu einem Schwingkreis zusammengeschaltet ist, der bei Veränderung des Zustandes des magnetischen Kreises, also beispielsweise bei Annäherung eines Magneten an den Eisenkern der Induktionsspule, durch die dadurch hervorgerufene Veränderung seiner Induktivität in oder außer Resonanz gebracht wird. Bei derartigen Anordnungen können jedoch Störungen, die durch defekte Bauteile hervorgerufen werden und zu einer Verfälschung der Signalgabe führen, nicht ohne weiteres festgestellt werden.
Ziel der Erfindung ist eine Anordnung zur magnetischen Signalgabe, bei der demgegenüber eine weitgehende Erhöhung der Betriebssicherheit durch selbsttätige Störungsmeldung bei defekten Bauteilen erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zum Zweck einer von der Richtung des signalgebenden äußeren Gleichfeldes abhängigen Signalgabe aus der Induktionsspule und einem Kondensator, dessen Blindwiderstand kleiner als der maximale Blindwiderstand der Induktionsspule bei der Betriebsfrequenz ist, ein von einer Wechselstromquelle (1) in Sättigungsresonanz betriebener Schwingkreis gebildet ist, so daß ein von der Sinusform abweichender Stromfluß entsteht, dessen Halbwellen ausgeprägte und steilflankige Resonanzspitzen aufweisen, und daß ferner Schaltmittel in den Schwingkreis einbezogen sind, durch die bei Unterdrückung der Resonanzspitzen der positiven oder der negativen Halbwellen des Stromes beim Einwirken des signalgebenden magnetischen Gleichfeldes auf den Eisenkreis der Induktionsspule ein das Vorhandensein eines äußeren magnetischen Feldes bestimmter Richtung kennzeichnendes Signal erzeugt wird.
In vorteilhafter Weise ist ein Fehler in der Schaltung oder an den Schaltelementen sofort dadurch erkennbar, daß der Strom auf einen Wert absinkt, bei dem eine Sättigungsresonanz nicht mehr besteht. Das Ausbleiben der Resonanzspitzen ist dann ein sicheres und leicht auswertbares Kriterium für eine Störung. Ein weiterer Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung ist darin zu sehen, daß zur Erzeugung feldrichtungsabhängiger Ausgangssignale nur einfache und robuste Bauteile, wie Kondensatoren, Drosselspulen und Magnetkerne, die beispielsweise als Ferritringkerne ausgebildet sein können, Verwendung finden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt F i g. 1 die schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles, F i g. 2 die schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles, F i g. 3 bis 7 verschiedene Stromdiagramme.
Der in F i g. 1 dargestellte Stromkreis besteht aus der Wechselspannungsquelle 1, dem Kondensator 2 und der mit einem Eisenkern versehenen Induktionsspule 3 sowie einer Magnetisierungswicklung 51 des Ringkerns 5, der vorzugsweise aus einem Werkstoff mit rechteckförmiger Magnetisierungsschleife besteht. In Wechselstromkreisen, welche Kapazitäten und Induktionsspulen mit Eisen enthalten, ist das Auftreten merklicher Resonanzwirkung nicht nur von der Frequenz, sondern auch von der Spannung abhängig. Bei genügend hoher Spannung kann Resonanz in einem weiten Frequenzbereich auftreten, wenn nur die Selbstinduktion so bemessen ist, daß bei der Betriebsfrequenz der maximale Wert des induktiven Blindwiderstandes größer ist als der kapazitive Blindwiderstand des Kreises. Dabei ist die Stromstärke keine eindeutige Funktion der Betriebsspannung und -frequenz. Es treten vielmehr sprunghafte Änderungen der Stromstärke ein, so daß ein von der Sinusform abweichender Stromverlauf mit ausgeprägten Resonanzspitzen entsteht.
Bei niedrigen Spannungswerten der Spannungsquelle 1 fließt in dem Stromkreis der F i g. 1 noch ein sinusförmiger Wechselstrom, der in F i g. 3 als i 1 über der Zeitachse t aufgetragen ist. Beim Anstieg der Speisespannung 1 tritt schließlich Resonanz auf, und es bildet sich ein Strom 12 mit ausgeprägten steilflankigen Resonanzspitzen aus. Dabei sind zunächst die Amplituden der positiven und der negativen Halbwellen des Stromes i2 gleich groß. Wird jedoch die Induktionsspule 3 der F i g. 1 der Einwirkung eines Gleichfeldes, beispielsweise eines Permanent= magneten 4, ausgesetzt, so kann abhängig von der Richtung dieses Feldes die Induktionsspule 3 nur noch in der einen Richtung von dem durch sie fließenden Wechselstrom bis in die Sättigung magnetisiert werden. Man kann diesen Vorgang auch als eine Verschiebung des magnetischen Arbeitspunktes durch das Gleichfeld des Magneten 4 bezeichnen. Der Stromverlauf nimmt dann beispielsweise bei einer Feldrichtung 41 des Magneten 4 die Kurvenform 13 der F i g. 4 und bei der umgekehrten Feldrichtung 42 des Magneten 4 den Verlauf i 5 der F i g. 6 an. Aus den F i g. 4 und 6 ist somit zu erkennen, daß in Abhängigkeit von der Richtung des Gleichfeldes nur noch die positiven oder die negativen Halbwellen Resonanzspitzen aufweisen. Um dieses Kriterium für eine Signalbildung auszunutzen, ist der Ringkern 5 in F i g. 1 mit einer Magnetisierungswicklung 52 versehen, über die er durch die Stromquelle 6 über den Schalter 7 und den Vorwiderstand 10 eine feste Gleichstromvormagnetisierung erhält. Damit wird erreicht, daß in der Ausgangswicklung 53 nur dann ein an den Klemmen 8 und 9 abgreifbarer Ausgangsimpuls entsteht, wenn die in der Wicklung 51 erzeugte Durchflutung um die Koerzitivdurchflutung größer und entgegengerichtet der Durchflutung der Wicklung 52 ist. In F i g. 3, 4 und 6 ist der Wert, bei dem die Vormagnetisierung durch den Strom des Ringkernes aufgehoben wird, also ein Kippen des Ringkernes von der einen Remanenzlage in die andere eintritt, mit g1 eingetragen. Bei einem Stromverlauf gemäß F i g. 3 und 4 entstehen dann die Ausgangsimpulse i 4 der F i g. 5 an den Ausgangsklemmen 8 und 9 der F i g. 1. Entsteht jedoch durch die signalgebende Feldbeeinflussung der Induktionsspule 3 der Stromverlauf 15 der F i g. 6, so wird der Wert g 1 nicht mehr erreicht, und die Impulse i 4 der F i g. 5 setzen aus.
Die Anordnung der F i g. 1 läßt sich in einfacher Weise dahingehend erweitern, daß sowohl bei Auftreten eines Feldes der Richtung 41 als auch beim Auftreten eines Feldes der Richtung 42 ein definiertes Ausgangssignal erzeugt wird. Zu diesem Zweck ist im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ein weiterer Ringkern 5' mit einer Signalwicklung 51', einer Vormagnetisierungswicklung 52' und einer Ausgangswicklung 53', die an die Ausgangsklemmen 8' und 9' geführt ist, vorgesehen. Dabei sind die Signalwicklung 51 und die Vormagnetisierungswicklung 52 des Ringkernes 5 derart gepolt, daß beispielsweise an den Ausgangsklemmen 8 und 9 immer nur dann ein Ausgangsimpuls i 4 gemäß F i g. 5 entsteht, wenn durch die positive Halbwelle des Wechselstromes die Vormagnetisierung g1 des Ringkernes 5 überwunden wird. Die Polungen der Wicklungen 51' und 52' des gangsimpuls 16 gemäß F i g. 7 entsteht, wenn die Ringkernes 5' sind dann so gewählt, daß an den Ausgangsklemmen 8' und 9' immer nur dann ein Ausnegativen Halbwellen des Wechselstromes, beispielsweise i 5 in F i g. 6, den Wert g2 überschreiten.
Bei Beeinflussung der Induktionsspule 3 in F i g. 2 durch einen signalgebenden Magneten 4 mit einer Feldrichtung 41 entsteht beispielsweise der Strom i3 der F i g. 4, so daß nur noch der Grenzwert g1, aber nicht mehr g2 überschritten wird. Es entstehen dann nur noch die Ausgangsimpulse i 4 der F i g. 5, während die Ausgangsimpulse i 6 der F i g. 7 bei Vor= handensein des Feldes 41 in F i g. 2 aussetzen. In umgekehrter Weise entsteht bei Vorhandensein eines Feldes 42 beispielsweise der Strom i 5 der F i g. 6, welcher nur noch den Grenzwert g2 überschreitet. In diesem Fall setzen beispielsweise an den Klemmen 8 und 9 der F i g. 2 die Ausgangsimpulse i 4 der F i g. 5 aus, und an den Klemmen 8' und 9' liegen die Impulse i 6 der F i g. 7.
Auf diese Weise werden nicht nur zwei getrennte, von der Richtung des signalgebenden Feldes abhängige Ausgangssignale erzeugt, sondern es wird zusätzlich die Möglichkeit einer Störungssignalisierung geschaffen. Bei einem Fehler in der Schaltung kann nämlich der Zustand der Sättigungsresonanz nicht bestehen, so daß das Ausbleiben beider Ausgangsimpulse 14 und 16 als sicheres Kriterium für eine Störungssignalisierung herangezogen werden kann.
Die in den Ausführungsbeispielen der F i g.1 und 2 verwendeten vormagnetisierten Ringkerne 5 und 5' stellen eine vorteilhafte Lösung für eine stromrichtungs- und stromstärkenabhängige Signalerzeugung dar. Es sind jedoch auch andere Lösungen denkbar, die die Bedingung erfüllen, daß bei Auftreten der ausgeprägten Resonanzspitzen des Kreisstromes ein Ausgangssignal erzeugt wird, wobei zusätzlich eine Unterscheidungsmöglichkeit für die positiven und negativen Halbwellen des Stromes besteht.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zur magnetischen Signalgabe mit einer durch ein signalgebendes äußeres magnetisches Gleichfeld beeinflußbaren Induktionsspule mit Eisenkern, insbesondere für Eisenbahnsicherungseinrichtungen und Bergwerksförderanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck einer von der Richtung des signalgebenden äußeren Gleichfeldes abhängigen Signalgabe aus der Induktionsspule (3) und einem Kondensator (2), dessen Blindwiderstand kleiner als der maximale Blindwiderstand der Induktionsspule bei der Betriebsfrequenz ist, ein von einer Wechselstromquelle (1) in Sättigungsresonanz betriebener Schwingkreis gebildet ist, so daß ein von der Sinusform abweichender Stromfluß (12) entsteht, dessen Halbwellen ausgeprägte und steilflankige Resonanzspitzen aufweisen, und daß ferner Schaltmittel in den Schwingkreis einbezogen sind, durch die bei Unterdrückung der Resonanzspitzen der positiven oder der negativen Halbwellen des Stromes beim Einwirken des signalgebenden magnetischen Gleichfeldes auf den Eisenkreis der Induktionsspule (3) ein das Vorhandensein eines äußeren magnetischen Feldes bestimmter Richtung kennzeichnendes Signal erzeugt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltmittel zum Erzeugen des kennzeichnenden Signals ein Magnetkern mit nahezu rechteckförmiger Hysteresisschleife, vorzugsweise ein Ferritringkern (5), vorgesehen ist, der mit drei Magnetisierungswicklungen versehen ist, von denen die erste (51) in den aus dem Kondensator (2) und der Induktionsspule (3) bestehenden Schwingkreis eingeschleift, die zweite (52) zum Zweck der Vormagnetisierung des Magnetkernes (5) an eine Gleichspannungsquelle (6) angeschlossen und die dritte (53) an die Ausgangsklemmen (8, 9) der Anordnung geführt ist, wobei die Gleichstromvormagnetisierung (g1) so bemessen ist, daß Ausgangsimpulse (i 4), die bei unbeeinfiußter Induktionsspule (3) infolge Ummagnetisierung des Ringkernes durch die Resonanzspitzen der Halbwellen nur der einen Polarität erzeugt werden, beim Unterdrücken dieser Resonanzspitzen durch Einwirken des magnetischen Gleichfeldes (42) bestimmter Richtung aussetzen.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltmittel zum Erzeugen des kennzeichnenden Signals zwei Magnetkerne mit nahezu rechteckiger Hysteresisschleife, vorzugsweise Ferritringkerne (5 und 5'), vorgesehen sind, die beide mit drei Magnetisierungswicklungen versehen sind, von denen jeweils die erste (51 bzw. 51') in den aus dem Kondensator (2) und der Induktionsspule (3) bestehenden Schwingkreis eingeschleift, die zweite (52 bzw. 52') zum Zweck der Vormagnetisierung des Magnetkernes an eine Gleichstromquelle (6) angeschlossen und die dritte (53 bzw. 53') an die Ausgangsklemmen (8, 9 bzw. 8', 9') der Anordnung geführt ist, wobei die Gleichstromvormagnetisierung so bemessen ist, daß Ausgangsimpulse (i4 und i6), die bei unbeeinflußter Induktionsspule (3) infolge Ummagnetisierung des einen Ringkernes (5) durch die Resonanzspitzen der positiven und des zweiten Ringkernes (5') durch die der negativen Halbwellen erzeugt werden, beim Unterdrücken der betreffenden Resonanzspitzen durch Einwirken des magnetischen Gleichfeldes (42 bzw. 41) der entsprechenden bestimmten Richtung aussetzen.