DE19631564A1 - Verfahren zur Anbauüberwachung von Radsensoren für Bahnanlagen und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Radsensoren, auf die dieses Verfahren an­ gewendet werden soll, sind beispielsweise aus der DE 36 43 970 C2 sowie aus Signal + Draht 77 (1985)4, Seiten 72 bis 77 bekannt.

Der aus der DE 36 43 970 C2 bekannte Radsensor reagiert in vorgegebener Weise auf das Vorüberlaufen eines Eisenbahnrades durch Bedämpfen eines Oszillatorschwingkreises. Als Folge dieser Bedämpfung sinkt die am Oszillatorschwingkreis anste­ hende Oszillatorspannung merklich ab, so daß eine aus ihr ab­ geleitete Gleichspannung eine vorgegebene Referenzspannung unterschreitet. Ein als Operationsverstärker ausgebildeter Vergleicher reagiert darauf mit einer die Radpassage kenn­ zeichnenden Sensormeldung an eine Bewertungseinrichtung.

Bei dem aus Signal + Draht bekannten Radsensor handelt es sich um eine Sender-/Empfängeranordnung, bei der die vorüber­ laufenden Fahrzeugräder die Kopplung zwischen den zusammen­ wirkenden Sende- und Empfangsspulen der Anordnung vorüberge­ hend verändern, vorzugsweise erhöhen. Beim Über- oder Unter­ schreiten vorgegebener Schwellwerte werden auch hier Sensor­ meldungen an eine Bewertungseinrichtung gegeben. Es gibt auch Radsensoren, bei denen sich der vom Oszillator aufgenommene Strom beim Befahren deutlich verändert. Bei solchen Radsenso­ ren wird aus dem aufgenommenen Strom eine Sensorspannung ab­ geleitet und in einem Schwellwertschalter bewertet.

Im rauhen Eisenbahnbetrieb kann es gelegentlich vorkommen, daß sich durch die Erschütterungen beim Passieren von Fahr­ zeugrädern die Befestigungsmittel lösen, mit denen ein Rad­ sensor an einer Fahrschiene montiert ist. Auch ist der Fall nicht auszuschließen, daß bei Instandhaltungsarbeiten ein Radsensor von der Fahrschiene abgenommen wird und daß an­ schließend vergessen wird, diesen Radsensor wieder zu montie­ ren oder zu justieren. Es hat auch schon Fälle gegeben, wo ein Radsensor durch von den vorüberlaufenden Fahrzeugen her­ abhängende Teile oder durch Entgleisen eines Fahrzeugs von einer Fahrschiene abgerissen wurde, ohne daß der Sensor selbst dabei zu Bruch ging. In allen diesen Fällen sind Rad­ sensoren, obgleich sie elektrisch voll funktionsfähig sind, nicht mehr in der Lage, auf vorüberlaufende Fahrzeugräder zu reagieren. Für eine Bewertungseinrichtung ist der Ausfall ei­ nes derartigen Sensors nicht ohne weiteres erkennbar.

Um diesem Mißstand abzuhelfen, gibt es bereits Radsensoren, die so ausgebildet sind, daß eine Bewertungseinrichtung die ordnungsgerechte Anordnung des Radsensors an einer Fahrschie­ ne erkennen kann. Dies geschieht in der Weise, daß der Rad­ sensor auf das Entfernen von der Fahrschiene wie auf das Ste­ henbleiben eines Fahrzeugrades über dem Sensor reagiert. Un­ terschiedliche Maßnahmen zum Auslösen solcher Meldungen sind z. B. der DE 33 13 805 C2, der DE 38 08 484 A1 und der DE 43 25 018 A1 zu entnehmen. Die bekannten Einrichtungen zur Anbauüberwachung von Radsensoren benötigen zusätzlichen Auf­ wand an Sensorik.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, das eine Anbau­ überwachung ohne einen zusätzlichen Aufwand an Sensorik mög­ lich macht. Die Erfindung geht dabei aus von der Erkenntnis, daß ein Radsensor nicht nur durch die vorüberlaufenden Fahr­ zeuge beeinflußt wird, sondern auch durch die Fahrschiene, an der er montiert ist. Diese Fahrschiene bewirkt durch ihre Ei­ senmasse eine Grundbedämpfung des Oszillatorschwingkreises bzw. eine Grundkopplung zwischen den Sende- und Empfangsspu­ len eines Radsensors. Die Erfindung macht sich nun das Ver­ schwinden der Grundbedämpfung bzw. der Grundkopplung beim Entfernen des Radsensors bzw. einer der Radsensorkomponenten von der Fahrschiene zunutze, indem sie laufend das Vorhanden­ sein dieser Grundbeeinflussung bzw. der Grundkopplung über­ prüft.

Die Erfindung löst die Aufgabe der Anbauüberwachung durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 2.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Radsensors sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Radsensor und in

Fig. 2 in Form von Diagrammen Potentiale an verschiedenen Meßpunkten des Sensors.

Fig. 1 zeigt schematisch einen LC-Oszillator OSZ mit einem Schwingkreis SK, dessen Induktivität sowohl durch die nicht dargestellte Fahrschiene, an der der den Oszillator enthal­ tende Sensor angeordnet ist, als auch durch vorüberlaufende Fahrzeugräder bedämpft wird. Eine der Stromaufnahme des Os­ zillators proportionale Spannung oder die am Schwingkreis des Oszillators anstehenden Spannung wird gleichgerichtet, mögli­ cherweise heruntergeteilt und über einen Verstärker V dem ei­ nen Eingang eines Schwellwertschalters SW als Sensorspannung Us zugeführt. An dem anderen Eingang des Schwellwertschalters liegt eine Referenzgleichspannung Uref1. Diese Referenz­ gleichspannung ist so gewählt, daß sie um einen bestimmten Betrag niedriger ist als die Sensorspannung Us bei nicht von einem Fahrzeugrad beeinflußtem, an der Fahrschiene montiertem Sensor. Der Schwellwertschalter SW reagiert auf das Über- oder Unterschreiten des Referenzspannungspegels durch den Sensorspannungspegel mit dem öffnen bzw. Schließen eines Schalters S4 zum Ausgeben von Sensormeldungen über den Aus­ gang Aus an eine nicht dargestellte Bewertungseinrichtung.

Die Erfindung sieht vor, den vorstehend beschriebenen an sich bekannten Sensor dahingehend zu verändern, daß die Schalt­ schwelle des Schwellwertschalters periodisch verändert wird. Dabei wird der Pegel der Referenzspannung Uref1 vorübergehend auf den Pegel Uref2 angehoben bzw. die Referenzspannung Uref1 vorübergehend durch die höhere Referenzspannung Uref2 er­ setzt. Dies geschieht über einen symbolisch angedeuteten Schalter S2, der von einem Taktgenerator TG gesteuert wird. Die Impulsdauer t1 der Taktsignale des Taktgenerators zum Aufschalten der Referenzspannung Uref2 ist sehr viel kürzer als die Impulsfolgezeit t2 der Taktsignale des Taktgenerators und diese deutlich kürzer als die kürzestmögliche Radbeein­ flussungszeit. Die zeitlichen Zusammenhänge sind aus den Dia­ grammen der Fig. 2 ersichtlich. Der Pegel Uref1 symbolisiert dabei die Referenzspannung, die dem Schwellwertschalter SW auch bislang schon zum Bewerten der Sensorspannung Us zuge­ führt wurde und die um einen bestimmten Betrag unterhalb der sich von außen bei unbeeinflußtem Sensor einstellenden Sen­ sorspannung liegt. Sinkt die Sensorspannung unter die Refe­ renzspannung Uref1, so schaltet der Schwellwertschalter den Ausgabeschalter S4 in die jeweils andere Schaltstellung, so daß am Ausgang Aus positives Potential als Zeichen für eine Sensorbeeinflussung ansteht.

In Fig. 2 ist in Zeile 1 die Sensorspannung Us bei von der Fahrschiene, aber nicht durch ein Fahrzeugrad beeinflußtem Sensor, bei zusätzlich durch ein Fahrzeugrad beeinflußtem Sensor und bei unbeeinflußtem, von der Fahrschiene entferntem Sensor dargestellt. Im nicht befahrenen aber angebauten Zu­ stand liegt die Sensorspannung Us oberhalb der Referenzspan­ nung Uref1, bei befahrenem Sensor unterhalb der Referenzspan­ nung Uref1 und bei genügender Entfernung des Sensors von der Fahrschiene oberhalb der erfindungsgemäß aufgetasteten Refe­ renzspannung Uref2. Durch die gemeinsame Darstellung der am Meßpunkt 1 auf den Schwellwertschalter wirkenden Referenz­ spannungen und der bei den einzelnen Betriebsfällen sich ein­ stellenden Sensorspannungen in Zeile 1 der Fig. 2 lassen sich die an den übrigen Meßpunkten 2 bis 6 auftretenden Span­ nungen leicht nachprüfen. Bei nicht befahrenem aber an der Schiene montiertem Sensor führt der Schwellwertschalter SW an seinem Ausgang 2 nur dann Potential, wenn seinem Eingang die Referenzspannung Uref2 zugeführt wird, weil diese dann die vom Oszillator gelieferte Sensorspannung Us übersteigt. Über eine Entkopplungsdiode D wird dabei ein Speicherkondensator C geladen. Dieser Kondensator entlädt sich während der Auf­ schaltung der Referenzspannung Uref1 wieder infolge Belastung durch die Steuerleistung mit dem Ausgabeschalter S4 geringfü­ gig um einen bestimmten Betrag, bis er beim folgenden Auf­ schalten der Referenzspannung Uref2 wieder nachgeladen wird. Der sich dabei am Speicherkondensator C einstellende Span­ nungsverlauf ist in Zeile 3 der Fig. 2 dargestellt.

Die Anschaltdauer t1 der Referenzspannung Rref2 braucht nur so lang zu sein, daß der Schwellwertschalter darauf reagieren und den Speicherkondensator aufladen kann. Ein asynchron zum Takt des Taktgenerators erscheinendes Radsignal wird dann nicht nennenswert verfälscht; Voraussetzung dafür ist, daß das Radsignal sehr viel länger ansteht als der Prüfimpuls. Typische Prüfimpulsdauern liegen bei 1 ms, kürzestmögliche Radbeeinflussungszeiten bei 4 ms.

Die Pause zwischen den Prüfimpulsen zur Anbauüberwachung ist so bemessen, daß die Spannung auf dem Speicherkondensator C bis zur nächsten Nachladung den Ausgabeschalter S4 im durch­ geschalteten Zustand zu halten vermag.

Wird der Radsensor von einem vorüberlaufenden Fahrzeugrad be­ dämpft, so sinkt die Sensorspannung auf einen Wert unterhalb der Referenzspannung Uref1. Die dem Schwellwertschalter wäh­ rend der Befahrung wechselweise zugeführten Referenzspannun­ gen Uref1 und Uref2 sind beide größer als die dann abgesenkte Sensorspannung, so daß der Schwellwertschalter während der Dauer der Befahrung an seinem Ausgang positives Potential führt, siehe Zeile 2 in Fig. 2. Während dieser Zeit bleibt auch die Spannung am Ladekondensator C konstant, weil die Steuerleistung für den Schalter S4 vom Schwellwertschalter aufgebracht wird. Das beim Befahren des Sensors am Ausgang des Schwellwertschalters längerfristig anstehende Potential führt über ein Zeitglied T3 mit Tiefpaßverhalten nach Ablauf einer ihm eingeprägten Schaltzeit t3 zum Durchsteuern eines Schalters S3. Der durchgesteuerte Schalter S3 veranlaßt das Öffnen des Ausgabeschalters S4, so daß nunmehr am Ausgang Aus des Sensors hohes Potential gemäß Zeile 6 der Fig. 2 ab­ greifbar ist. Die dem Zeitglied T3 eingeprägte Schaltzeit t3 ist um einen bestimmten Betrag größer als die Impulsdauer t1 der Taktimpulse des Taktgenerators TG, d. h. die dem Zeit­ glied T3 bei unbeeinflußtem Sensor zugeführten relativ kurzen Ausgangssignale des Schwellwertschalters (Prüfimpulse) führen nicht zum Einstellen des Schalters S3 im Gegensatz zu der deutlich längeren Ansteuerung des Zeitgliedes T3 während ei­ ner Sensorbefahrung. Während der Sensorbefahrung ist der Schalter S3 zwar geschlossen; der Speicherkondensator C ent­ lädt sich aber nicht über den Widerstand R3, weil er während des Befahrungsereignisses vom Schwellwertschalter laufend nachgeladen wird, so daß sofort nach dem Öffnen des Schalters S3 wieder eine ausreichend hohe Steuerspannung zum Durchsteu­ ern des Ausgabeschalters S4 zur Verfügung steht. Das Zeit­ glied T3 kann auch in an sich bekannter Weise auf einen dem Schalter S3 vorgeordneten Impulsformer zur Normierung von Radimpulsen geschaltet sein; solche Impulsformer bilden aus­ gangsseitig stets gleichlange Radimpulse ohne Rücksicht auf die Radgeschwindigkeit der die Radimpulse aus lösenden Fahr­ zeugräder oder sie liefern Radimpulse einer bestimmten Min­ destdauer.

Wird der Sensor nun von der Fahrschiene entfernt, so steigt die Sensorspannung Us auf einen Wert oberhalb der getasteten Referenzspannung Uref2. Weil die dem Schwellwertschalter zu­ geführten Referenzspannungen Uref1 und Uref2 dann stets nied­ riger sind als die Sensorspannung Us, stellt der Schwellwert­ schalter SW ausgangsseitig kein Schaltpotential zur Verfü­ gung, über das der sich langsam über den Ausgabeschalter S4 entladende Speicherkondensator nachgeladen werden könnte. Un­ terschreitet die am Meßpunkt 4 zur Verfügung stehende Steuer­ spannung einen vorgegebenen Schwellwert, so öffnet der Ausga­ beschalter S4 und schaltet damit positives Potential auf den Ausgang Aus des Sensors. Der entsprechende Spannungsverlauf ist in Zeile 6 der Fig. 2 dargestellt. Das Entfernen des Sensors von der Fahrschiene macht sich damit für die Bewer­ tungseinrichtung in gleicher Weise bemerkbar wie ein über dem Sensor stehengebliebenes Fahrzeugrad. Der oder die von dem Sensor bedienten angrenzenden Gleisabschnitte werden bzw. bleiben besetztgemeldet, so daß vom Stellwerk aus weitere Zugfahrten über den gestörten Sensor gesperrt werden können.

Der erfindungsgemäß ausgestaltete Radsensor kann sowohl als Einzelsensor z. B. zum Auslösen von Schaltvorgängen an Bahn­ übergängen oder zur Raderfassung in Eisenbahnrangieranlagen als auch als Mehrfachsensor zur redundanten, fahrrichtungsab­ hängigen Erfassung von Befahrungsereignissen verwendet sein. Letzteres hat den Vorteil, daß selbst bei Totalausfall eines Radsensors die Raderfassung und die Anbauüberwachung noch von einem verbliebenen Radsensor des Sensorsystems vorgenommen werden kann. Der Sensor ist überall dort vorteilhaft anzuwen­ den, wo Radsensoren an Schienen anzubringen sind, vorzugswei­ se bei Eisenbahn-, U- und S-Bahn-, sowie Straßenbahnanlagen.

Die nach der Erfindung vorgesehene Überprüfung des Anbauzu­ standes eines Radsensors läßt sich mit Vorteil auch bei Rad­ sensoren vornehmen, die aus einer von den Fahrzeugrädern be­ einflußbaren Sender-/Empfängeranordnung bestehen. Hier führt jedes Befahrungsereignis meist zu einem Anstieg der Empfangs­ spannung gegenüber dem unbeeinflußten Zustand, während der Ausfall oder die Entfernung des Senders oder des Empfängers von der Fahrschiene zu einer Absenkung der Empfangsspannung gegenüber dem unbeeinflußten Zustand führt. Durch die Prüfim­ pulse ist die Amplitude der Referenzspannung, mit der die Empfangsspannung zu vergleichen ist, auf einen Wert abzusen­ ken, der unterhalb der Sensorspannung liegt wie sie sich bei ordnungsgerecht montierter radbeeinflußter Sender-/Empfänger­ anordnung einstellt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Anbauüberwachung von Radsensoren für Bahnan­ lagen mit je einem von den vorüberlaufenden Fahrzeugrädern induktiv bedämpfbaren Oszillator oder einer Sender-/Empfän­ geranordnung, deren Kopplung durch vorüberlaufende Fahrzeug­ räder veränderbar ist sowie mit einem Schwellwertschalter, der eine aus dem vom Oszillator aufgenommenem Strom, eine aus der am Oszillatorschwingkreis anliegenden Spannung oder aus der Empfangsspannung abgeleitete Sensorspannung mit einer Referenzspannung vergleicht und aus dem Über- oder Unter­ schreiten dieser Referenzspannung durch die Sensorspannung ggf. unter Berücksichtigung einer Schalthysterese mit Sensormeldungen reagiert, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schwellwertschalter (SW) zugeführte Referenzspan­ nung (Uref1) zyklisch in Zeitabständen (t2), die kürzer sind als die kürzestmögliche Beeinflussungszeit des Radsensors durch ein Fahrzeugrad, für Zeitspannen (t1), die deutlich kürzer sind als die Zyklusfolgezeiten (t2), auf einen Wert (Uref2) verändert wird, die den Radsensor wie auf eine Befah­ rung reagieren läßt und daß die Radsensormeldungen auf das Unterschreiten/Überschreiten einer durch die Zyklusfolgezeit (t2) gegebenen Folgezeit überwacht werden.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Schwellwertschalter (SW) zugeführte Referenzspan­ nung periodisch zwischen zwei Werten umschaltbar ist,von denen der eine (Uref1) die Schaltschwelle des Schwellwert­ schalters bezeichnet, bei deren Unterschreiten durch die Sen­ sorspannung (Us) der Sensor ein Befahrungsereignis meldet und von denen der zweite (Uref2) zwischen der dem Schwellwert­ schalter bei nicht befahrenem Sensor und bei von der Fahr­ schiene entferntem Sensor zugeführten Sensorspannung (Us) liegt,
daß der Schwellwertschalter immer dann, wenn die aktuelle Referenzspannung (Uref1, Uref2) die aus der Stromaufnahme des Oszillators oder aus der Oszillatorspannung abgeleitete Sen­ sorspannung (Us) übersteigt oder wenn die aus der Empfangs­ spannung abgeleitete Sensorspannung die die Ansprechschwelle des Radsensors bezeichnende Referenzspannung übersteigt bzw. die den Anbauzustand des Radsensors bezeichnende Referenz­ spannung unterschreitet, mindestens einen Speicherkondensator (C) lädt, dessen Spannung die Steuerspannung für einen die Sensormeldungen schaltenden Ausgabeschalter (S4) bildet und daß der Schwellwertschalter über ein Verzögerungsglied (T3) ein dem Speicherkondensator parallelgeschaltetes Schalt­ glied (S3) einstellt zum Vermindern der Steuerspannung des Ausgabeschalters beim Ausbleiben von Schwellwertschalteraus­ gangssignalen über eine Zeitspanne (t3), die größer ist als die Anschaltdauer (t1) der zweiten Referenzspannung (Uref2).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verzögerungsglied (T3) und dem Schalter (S3) ein Impulsformer zur Normierung von Radimpulsen angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschaltdauer (t1) der zweiten Referenzspannung (Uref2) kürzer ist als seine Impulsfolge (t2) und daß diese kürzer ist als die kürzestmögliche Radbeeinflussungszeit.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (S3) als Schalter ausgebildet ist, der in eingestelltem Zustand die Steuerspannung für den Ausgabe­ schalter (S4) kurzschließt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstrecke des Schalters (S3) dem Speicherkonden­ sator (C) über mindestens einen Widerstand (R3) parallel­ geschaltet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (C) über mindestens eine Entkopp­ lungsdiode (D) an den Ausgang des Schwellwertschalters (SW) angeschlossen ist.

8. Radsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstrecke des Ausgabeschalters (S4) mit dem einen Pol (OV) einer Versorgungsgleichspannung für den Sensor direkt und mit dem anderen Pol (+Ub) über mindestens einen Widerstand (R4) verbunden ist.

9. Radsensor nach Ansprüchen 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgenerator (TG) vorgesehen ist, der dem Schwell­ wertschalter (SW) über einen Schalter (S2) abwechselnd die eine bzw. andere Referenzspannung (Uref1, Uref2) zuführt.