DE19856341C1 - Sensoreinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Sensoreinrichtung zur Messung der Fahrzeugschienentemperatur beschrieben, die aus einem Sensorgehäuse, einem Sensor und einer Auswerteschaltung besteht und sich dadurch auszeichnet, daß der Sensor gegen das Sensorgehäuse thermisch isoliert ist, sich aber im direkten thermischen Kontakt zur Fahrzeugschiene befindet. Das Sensorgehäuse ist dabei mittels einer Befestigungsvorrichtung kraftschlüssig an der Fahrzeugschiene befestigbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Bekannt sind Sensoren, die die Schienentemperatur zur Steue­ rung von Heizungsanlagen für Weichen erfassen. Entsprechend vorgegebener Temperaturschwellwerte wird die Heizungsenergie zu- oder abgeschaltet. Zu diesem Zweck ist gemäß DE-OS 22 21 742 ein an der Weiche befestigter Thermostat vorgesehen, der die Heizungsanlage automatisch in Betrieb setzt, sobald die Schienentemperatur einen bestimmten einstellbaren unteren Grenzwert erreicht hat und die Anlage wieder ausschaltet, so­ bald sich ein einstellbarer oberer Grenzwert einstellt.

Nach der DE-OS 28 07 782 ist eine Temperatursensoreinrichtung beheizbarer Weichen bekannt, mit einem an der Weiche oder am Schienenteil befestigten Kabelschuh und einem im Kabelschuh lösbar aufgenommenen Temperatursensor, der an einem zu einem Verteiler führenden Unterbodenkabel angeschlossen ist. Der Temperatursensor ist dabei ohne Schraubgewinde und Schraub­ kopf in den Kabelschuh axial einführbar und im Stecksitz ge­ haltert.

Bekannt ist weiterhin nach der DE-GM 295 17 404 eine Steuer­ einrichtung für beheizte Weichen mit einem die Temperatur er­ fassenden Sensor und einer nachgeordneten, die Steuerung der Heizungsanlage der Weiche vornehmenden Auswerteschaltung. Der Sensor befindet sich dabei in einer Sensorpatrone, die in ei­ nem Sensorgehäuse eingebracht ist. Das Sensorgehäuse liegt an der Fahrzeugschiene an. Temperaturveränderungen der Schiene übertragen sich auf das Sensorgehäuse, in dem der Sensor die Temperatur erfaßt.

Nachteilig an diesen Sensoreinrichtungen ist das zeitungenaue Temperaturverhalten.

Derartige Temperatursensoren reagieren auf Temperaturänderun­ gen der Fahrzeugschiene nacheilend und/oder voreilend.

So wird der durch das Aufheizen der Schiene bzw. durch stei­ gende Umgebungstemperaturen (Luft- und Niederschlagstempera­ turen) hervorgerufene Temperaturanstieg der Fahrzeugschiene nicht sofort, sondern zeitversetzt registriert, da sich erst die Wärmeenergie der Fahrzeugschiene auf das Sensorgehäuse übertragen muß, um dort vom Sensor erfaßt zu werden. Durch eine sinkende Umgebungstemperatur kommt es bei der Fahrzeug­ schiene zu einem Temperaturabfall. Der Sensor erfaßt die sin­ kende Temperatur aus oben genannten Gründen zeitversetzt und reagiert nacheilend.

Beim Herunterschalten der Heizungsanlage kühlt sich dagegen das Sensorgehäuse schneller ab als die Fahrzeugschiene, so daß eine tiefere als die tatsächliche Schienentemperatur ge­ messen wird. Der Sensor reagiert voreilend.

Nachteilig ist ferner, daß ein Sensor, der in einen Kabel­ schuh integriert mittels diesem an der Schiene anliegt, sowie ein Sensorgehäuse stark dem Einfluß der Luft- und Nieder­ schlagstemperatur unterliegen, und es somit zu starken Tempe­ raturdifferenzen zwischen der gemessenen und tatsächlichen Schienentemperatur kommt.

Daraus resultiert ein höherer als nötiger Energieverbrauch beim Heizen der Schienen, da zum einen die Heizung früher als eigentlich nötig eingeschaltet (voreilende Reaktion) und zum anderen später als nötig ausgeschaltet (nacheilende Reaktion) wird.

Außerdem führt eine beim Abkühlen der Schiene hervorgerufene nacheilende Reaktion zu Sicherheitsmängeln, da die zum Verei­ sungsschutz vorhandenen Weichenheizungen später als notwendig in Betrieb genommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrich­ tung zu schaffen, die ein zeitnahes Temperaturverhalten zeigt, d. h. eine Temperaturdifferenz zwischen der gemessenen und der tatsächlichen Schienentemperatur so klein wie möglich hält.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die thermische Isolation des Sensors gegen das Sensor­ gehäuse, bei gleichzeitig direktem thermischen Kontakt des Sensors zur Fahrzeugschiene, wird erreicht, daß die Umgebung­ stemperatur, insbesondere die Luft- und/oder Niederschlags­ temperatur und davon abhängig die Sensorgehäusetemperatur, keinen Einfluß auf den Sensor und damit auf die Messung der Schienentemperatur hat. Die thermische Koppelung des Sensors an die Schiene ist so groß, daß die Temperatur des gewählten Meßpunktes der Schiene zeitnah erfaßt wird. Gegenüber dem Stand der Technik, der gerade eine Genauigkeit von +/-4°C erreicht, wird mittels der erfindungsgemäßen Lösung eine Ge­ nauigkeit von +/-0,1°C erzielt. Durch die kraftschlüssige Befestigung wird erreicht, daß der Sensor auch bei Erschütte­ rung, die durch das Befahren der Fahrzeugschienen entstehen, in direktem thermischen Kontakt zur Fahrzeugschiene ver­ bleibt.

Außerdem ist eine schnelle Montage und Demontage ohne mecha­ nische Bearbeitung (und eventuelle Schwächung) der Schiene möglich. Ferner kann die Sensoreinrichtung nahezu beliebig versetzt und so optimal an der gewünschten Meßstelle plaziert werden.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß die Befestigung der Sen­ soreinrichtung durch eine Spannvorrichtung erfolgt, die die Sensoreinrichtung unterhalb der Fahrzeugschiene befestigt.

Dadurch wird erreicht, daß die beim Befahren der Fahrzeug­ schiene ausgelösten Erschütterungen nicht zu einem Verrut­ schen oder Ablösen der Sensoreinrichtung der Fahrzeugschiene führen. Das Anbringen der Sensoreinrichtung unterhalb der Fahrzeugschiene hat weiterhin den Vorteil, daß das Sensorge­ häuse den Niederschlägen und den damit einhergehenden Tempe­ raturveränderungen nicht direkt ausgesetzt wird, wodurch die Gefahr der Beeinflussung des Sensors durch die Umgebungstem­ peratur weiter verringert wird.

Außerdem ist vorgesehen, daß die Befestigungsvorrichtung aus einer fest mit dem Sensorgehäuse verbundenen Klaue (stationä­ re Klaue) und einer horizontal dazu beweglichen Klaue (mobile Klaue) besteht, die jeweils im oberen Teil eine zu Innenseite abfallende Kante aufweisen. Im Eingriff der Klauen befinden sich die Ausläufer des T-förmigen Schienenschenkels.

Dadurch wird erreicht, daß durch das Festziehen der Klauen an den Ausläufern des T-förmigen Schienenschenkels, also durch das Aufeinanderzubewegen der Klauen, der Sensor vertikal von unten gegen den T-förmigen Schenkel der Fahrzeugschiene ge­ drückt wird. Dieses geschieht unter Ausnutzung der schiefen Ebenen, die auf der Innenseite der Klauen und/oder auf den Ausläufern des T-förmigen Schienenschenkels zu finden sind. Das Herandrücken des Sensors stellt den direkten thermischen Kontakt zur Fahrzeugschiene und damit ein zeitnahes Tempera­ turverhalten des Sensors sicher. Gleichwohl findet die gesam­ te Sensoreinrichtung einen sehr guten Halt an der Fahrzeug­ schiene, wodurch ein Verrutschen oder Ablösen der Sensorein­ richtung ausgeschlossen wird.

Durch die mobile Klaue, die horizontal zur stationären Klaue bewegt werden kann, wird außerdem erreicht, daß die Sen­ soreinrichtung zur Anbringung an alle üblichen Schienentypen geeignet ist.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die thermische Isolation des Sensors aus einem Kunststoff besteht, der unter dem Druck, der von der Fahrzeugschiene auch über den Sensor auf den Kunststoff übertragen wird, stabil bleibt.

Dadurch wird erreicht, daß die notwendige Isolation des Sen­ sors und damit die Sensoreinrichtung unter den genannten Be­ dingungen funktionsfähig bleibt. Die Folge ist die Sicher­ stellung des zeitnahen Temperaturverhaltens des Sensors und der Langlebigkeit der Sensoreinrichtung.

Ferner ist es möglich, daß das Sensorgehäuse aus Edelstahl besteht und voll vergossen ist.

Dadurch wird erreicht, daß sich das Sensorgehäuse gegenüber den durch das Befahren der Schienen hervorgerufenen Erschüt­ terungen, den auf ihm lastenden Druck und den ständig wech­ selnden Wetterbedingungen äußerst stabil und robust verhält. Eine Weiterbildung sieht vor, daß es sich bei der Auswerte­ schaltung um einen Rechner handelt, der in das Sensorgehäuse integriert ist.

Dadurch wird erreicht, daß die Meßwertsignale mit ihrer ge­ ringen Signalamplitude, die aufgrund elektromagnetischer Ein­ flüsse durch die Schienenheizung und/oder den Fahrberieb störanfällig sind, noch innerhalb des abschirmenden Sensorge­ häuses zum Rechner übertragen werden. Der Rechner kann dann Steuersignale erzeugen, welche eine hohe Störsicherheit ge­ genüber elektromagnetischen Einflüssen besitzen.

Weiterhin kann eine Kalibrierung des Sensors über den Rechner erfolgen.

Dadurch ist es möglich, jede Sensoreinrichtung spezifisch an die gegebenen Verhältnisse anzupassen.

Außerdem ist es möglich, daß die Sensoreinrichtung mittels Konfigurations-Programms währens des Betriebes konfigurierbar ist.

Die Konfigurierbarkeit der Sensoreinrichtung während des Be­ triebes führt zu einer präziseren und sichereren Tempera­ turerfassung, da z. B. Veränderungen des Arbeitsbereiches (Meßspanne) oder des Signalausganges vorgenommen werden kön­ nen, aber auch die Konfiguration von Fehlersignalisierung oder die Kompensation von Meßabweichungen möglich sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spieles erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.

In dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch die erfindungsge­ mäße Sensoreinrichung und die Fahrzeug­ schiene, an der sie befestigt ist, und

Fig. 2: ein Blockschaltbild einer Steuereinrich­ tung für beheizbare Fahrzeugschienen, in der die erfindungsgemäße Sensoreinrich­ tung integriert ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Sensoreinrichtung umfaßt ein Sen­ sorgehäuse 4, einen Sensor 6, eine dem Sensor 6 nachgeschal­ tete Auswerteschaltung 8, eine thermische Isolation 20 des Sensors 6 gegen das Sensorgehäuse 4 sowie eine Befestigungs­ vorrichtung 10 mit einer mit dem Sensorgehäuse 4 fest verbun­ denen Klaue 12 und einer horizontal dazu beweglichen Klaue 14, die jeweils im oberen Teil eine zur Innenseite abfallende Kante 16 aufweisen. Weiterhin ist eine beheizbare Fahrzeug­ schiene 2 dargestellt, an der ein Heizstab 22 anliegt, und deren Ausläufer 18 des T-förmigen Schienenschenkels sich im Eingriff der Klauen 12 und 14 befinden.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Sensoreinrichtung wird mittels einer Befestigungsvorrichtung 10 kraftschlüssig unterhalb der Fahrzeugschiene befestigt. Die beiden Ausläufer 18 des T-förmigen Schienenschenkels greifen dabei in die Klauen 12 und 14 der Befestigungsvorrichtung 10 ein. Durch das Festziehen der Klauen 12 und 14, bei dem sich die Klauen 12 und 14 horizontal aufeinander zu bewegen, wird der Sensor 6 vertikal von unten gegen den T-förmigen Schenkel der Fahr­ zeugschiene 2 gedrückt, unter Ausnutzung der zur Innenseite abfallenden oberen Kanten 16 der Klauen 12 und 14 als schiefe Ebenen. Durch die thermische Isolation 20 des Sensors 6 gegen das Sensorgehäuse 4 und den direkten thermischen Kontakt des Sensors 6 zur Fahrzeugschiene 2 werden sehr zeitnah Tempera­ turen der Fahrzeugschiene gemessen, die von der im Sensorge­ häuse 4 integrierten Auswerteschaltung 8, vorzugsweise einem Rechner, ausgewertet werden. Sollte die Schienentemperatur einen bestimmten einstellbaren unteren beziehungsweise oberen Grenzwert erreichen, wird über die Auswerteschaltung 8 eine Heizungsanlage ein- beziehungsweise ausgeschaltet, die den Heizstab 22 mit Energie versorgt.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung für beheizbare Fahrzeugschienen, in der die erfindungsgemäße Sen­ soreinrichtung integriert ist. Dargestellt ist die Fahrzeug­ schiene 2, die im direkten thermischen Kontakt mit dem unter­ halb der Fahrzeugschiene angebrachten Sensor 6 steht. Der Sensor ist mit einer Auswerteschaltung 8, vorzugweise einem im Sensor integrierten Rechner, verbunden, die wiederum mit einer steuerbaren Heizungsanlage 24 elektronisch verkabelt ist. Die Heizungsanlage 24 steuert den an der Fahrzeugschiene 2 anliegenden Heizstab 22, der beim Einschalten der Heizungs­ anlage Wärmeenergie auf die Fahrzeugschiene überträgt.

Wahlweise ist an die im Sensorgehäuse integrierte Auswerte­ schaltung 8 und/oder die Heizungsanlage 24 ein externer Rech­ ner 26 anschaltbar, der zur externen Steuerung der Anlage dient. Der Sensor 6, der in direktem thermischen Kontakt zur Fahrzeugschiene 2 steht, mißt zeitgenau die Fahrzeugschienen­ temperatur, die als Meßsignal an eine Auswerteschaltung 8 übertragen wird. Sollte sich ein einstellbarer unterer bezie­ hungsweise oberer Grenzwert einstellen, wird die Heizungsan­ lage 24, wahlweise über den zuschaltbaren Rechner 26, ein beziehungsweise ausgeschaltet. Beim Einschalten der Heizungs­ anlage 24 wird ein der Fahrzeugschiene aufliegender Heizstab 22 erhitzt, der seine Wärmeenergie auf die Fahrzeugschiene 2 überträgt. Die Wärmeenergie wird dann wiederum vom Sensor 6 zeitgenau als Temperaturveränderung der Schiene erfaßt.

Der zuschaltbare externe Rechner 26 dient ferner dazu, den Sensor 6 zu kalibrieren und die Sensoreinrichtung mittels ei­ nes Konfigurationsprogrammes während des Betriebes zu konfi­ gurieren.

Claims (8)

1. Sensoreinrichtung für Fahrzeugschienen (2), bestehend aus einem Sensorgehäuse (4), einem Sensor (6) zur Messung der Schienentemperatur und einer Auswerteschaltung (8), dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (6) thermisch gegen das Sen­ sorgehäuse (4) isoliert ist, aber im direkten thermischen Kontakt zur Fahrzeugschiene (2) steht, wobei das Gehäuse (4) mittels einer Befestigungsvorrichtung (10) kraftschlüssig an der Fahrzeugschiene befestigbar ist.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß es sich bei der Befestigungsvorrichtung (10) um eine Spannvorrichtung handelt, die die Sensoreinrichtung unterhalb der Fahrzeugschiene (2) befestigt.

3. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (10) aus einer fest mit dem Sensorgehäuse (4) verbundenen Klaue (12) (stationäre Klaue) und einer horizontal dazu beweglichen Klaue (14) (mobile Klaue), die jeweils im oberen Teil eine zur Innenseite abfallende Kante (16) aufweisen, besteht, und daß sich im Eingriff der Klauen die Ausläufe (18) des T- förmigen Schienenschenkels befinden.

4. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, durch gekennzeichnet, daß es sich bei der thermischen Isola­ tion (20) des Sensors (6) um einen Kunststoff handelt, der unter dem Druck, der von der Fahrzeugschiene (2) über den Sensor (6) auf den Kunststoff übertragen wird, stabil bleibt.

5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Sensorgehäuse (4) aus Edelstahl besteht und voll vergossen ist.

6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß es sich bei der Auswerteschaltung (8) um einen im Sensorgehäuse (4) integrierten Rechner han­ delt.

7. Sensoreinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sensor über den Rechner kalibrierbar ist.

8. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, durch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung mittels eines Konfigurations-Programms während des Betriebes konfigurierbar ist.