DE202017101573U1

DE202017101573U1 - Precipitation sensor for point heating and point heating with such a precipitation sensor

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Publication number: DE202017101573U1
Application number: DE202017101573.4U
Authority: DE
Original assignee: Pintsch Aben BV
Current assignee: Pintsch Aben BV
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2027-03-18

Abstract

Niederschlagssensor (20) für eine Weichenheizung einer Eisenbahnweiche mit einem Gehäuse (21), in der eine elektronische Sensorschaltung angeordnet ist, wobei die Sensorschaltung wenigstens eine Kippstufe mit wenigstens einem Kondensator umfasst, dessen Kapazität niederschlagsabhängig ist, so dass Art und Menge eines auf eine Sensorfläche des Gehäuses (21) auftreffenden Niederschlags die Frequenz eines Ausgangssignals der Kippstufe beeinflusst, und wobei das Gehäuse (21) in einem beheizten Abschnitt der Eisenbahnweiche anordenbar ist.Precipitation sensor (20) for point heating of a railway switch with a housing (21) in which an electronic sensor circuit is arranged, wherein the sensor circuit comprises at least one flip-flop with at least one capacitor whose capacitance is dependent on precipitation, so that the type and quantity of a sensor surface precipitation incident on the housing (21) influences the frequency of an output signal of the flip-flop, and wherein the housing (21) can be arranged in a heated section of the railway switch.

Description

Die Erfindung betrifft einen Niederschlagssensor für eine Weichenheizung einer Eisenbahnweiche. Ferner befasst sich die Erfindung mit einer Weichenheizung, die mit einem derartigen Niederschlagssensor ausgestattet ist. The invention relates to a precipitation sensor for a points heating a railway switch. Further, the invention is concerned with a point heater which is equipped with such a precipitation sensor.

Eisenbahnweichen stellen im Schienennetz besonders kritische Komponenten dar. Eine zuverlässige Funktion der Eisenbahnweiche ist im Allgemeinen unabhängig von Wettereinflüssen sicherzustellen. Eine besondere Herausforderung für den zuverlässigen Betrieb einer Eisenbahnweiche stellen die Wintermonate dar. Hier kann es passieren, dass Flugschnee zwischen die Backenschiene und einer Weichenzunge der Weiche gelangt. Der Flugschnee kann sich dort verfestigen und ggf. sogar vereisen, so dass ein Umstellen der Weichenzunge blockiert werden kann. Das kann zu einer Fehlfunktion der Eisenbahnweiche führen. Railway switches are particularly critical components in the rail network. Reliable functioning of the railroad switch is generally to be ensured irrespective of weather conditions. A particular challenge for the reliable operation of a railway switch, the winter months dar. Here it can happen that snowfall passes between the stock rail and a switch blade of the switch. The snow can solidify there and possibly even freeze, so that a change of the switch tongue can be blocked. This can lead to a malfunction of the railway switch.

Um ein solches Vereisen oder Verschneien einer Eisenbahnweiche zu vermeiden, sind in der Praxis Weichenheizungen vorgesehen. Die Weichenheizungen werden üblicherweise elektrisch betrieben, wobei der Energieaufwand zur Beheizung der Weiche vergleichsweise hoch ist. Um den Energiebedarf zu senken, werden die Weichenheizungen in der Praxis durch eine Klimasteuerung betrieben, wobei die Klimasteuerung einen Niederschlagssensor aufweist. In order to avoid such icing or snowing a railway switch, point heaters are provided in practice. The point heaters are usually operated electrically, the energy required to heat the switch is comparatively high. To reduce the energy demand, the point heaters are operated in practice by a climate control, the climate control has a precipitation sensor.

Der Niederschlagssensor dient dazu, den Niederschlag im Bereich der Weiche zu ermitteln und so die Heizleistung der Weichenheizung bedarfsgerecht regeln zu können. Die bekannten Niederschlagssensoren sind üblicherweise neben der Eisenbahnweiche positioniert. Damit erfassen die bekannten Niederschlagssensoren für Weichenheizungen zwar den Niederschlag in der Nähe der Weiche, jedoch nicht unmittelbar in dem Bereich, der den zuverlässigen Betrieb der Weichenheizung unmittelbar beeinflusst. Insbesondere Flugschnee, der durch Windverwehungen in die Weiche gelangen kann, wird mit herkömmlichen Niederschlagssensoren oft unzureichend erkannt, so dass die Weiche nicht ausreichend geheizt wird, um eine Funktionsstörung zu vermeiden. The precipitation sensor serves to determine the precipitation in the area of the switch and thus to be able to regulate the heat output of the switch heating as required. The known precipitation sensors are usually positioned next to the railway switch. Thus, although the known rainfall sensors for point heaters detect the precipitation in the vicinity of the switch, but not directly in the area that directly affects the reliable operation of the points heating. In particular, flying snow, which can get into the switch by wind drifts, is often insufficiently recognized with conventional precipitation sensors, so that the switch is not heated sufficiently to avoid malfunction.

In anderen Fällen kommt es vor, dass Schnee im Bereich des Niederschlagssensors erkannt wird, der sich jedoch im kritischen Bereich der Eisenbahnweiche, beispielsweise im Abschnitt der Backenschienen, an dem die Weichenzunge anschlägt, nicht niederschlägt. Dies kann dazu führen, dass die Heizleistung der Weichenheizung unnötigerweise erhöht wird. Ein weiterer Nachteil bekannter Niederschlagssensoren besteht darin, dass durch deren Positionierung neben der Weiche eine separate Heizung für den Niederschlagssensor vorgesehen werden muss, um eine zuverlässige Funktionsweise des Niederschlagssensors selbst zu gewährleisten. In other cases, it may happen that snow is detected in the region of the precipitation sensor, but that it does not precipitate in the critical region of the railway switch, for example in the section of the cheek rails on which the switch blade abuts. This can lead to the heat output of the point heater being increased unnecessarily. Another disadvantage of known precipitation sensors is that their positioning next to the switch a separate heating must be provided for the precipitation sensor to ensure reliable operation of the precipitation sensor itself.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Niederschlagssensor anzugeben, der zuverlässig Niederschlag im kritischen Bereich einer Eisenbahnweiche erfasst und so zu einer effizienten Steuerung einer Weichenheizung beiträgt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Weichenheizung mit einem solchen Niederschlagssensor anzugeben. The object of the invention is to provide a precipitation sensor, which reliably detects precipitation in the critical region of a railway switch and thus contributes to an efficient control of a points heating. It is another object of the invention to provide a point heating with such a precipitation sensor.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf den Niederschlagssensor durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und im Hinblick auf die Weichenheizung durch den Gegenstand des Anspruchs 12 gelöst. According to the invention, this object is achieved with regard to the precipitation sensor by the subject matter of claim 1 and with regard to the point heating by the subject of claim 12.

So beruht die Erfindung auf dem Gedanken, einen Niederschlagssensor für eine Weichenheizung einer Eisenbahnweiche mit einem Gehäuse anzugeben, in der eine elektronische Sensorschaltung angeordnet ist. Die Sensorschaltung umfasst wenigstens eine Kippstufe mit wenigstens einem Kondensator, dessen Kapazität niederschlagsabhängig ist, so dass Art und Menge eines auf eine Sensorfläche des Gehäuses auftretenden Niederschlags die Frequenz eines Ausgangssignals der Kippstufe beeinflusst. Erfindungsgemäß ist das Gehäuse in einem beheizten Abschnitt der Eisenbahnweiche anordenbar. Thus, the invention is based on the idea to provide a precipitation sensor for a points heating a railway switch with a housing in which an electronic sensor circuit is arranged. The sensor circuit comprises at least one flip-flop with at least one capacitor whose capacitance is dependent on precipitation, so that the type and quantity of precipitation occurring on a sensor surface of the housing influences the frequency of an output signal of the flip-flop. According to the invention, the housing can be arranged in a heated section of the railway switch.

Die Erfindung fußt auf der Idee, die Erkennung eines Niederschlags nicht, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, im unmittelbaren Nahbereich der Eisenbahnweiche zu erfassen, sondern vielmehr einen Niederschlagssensor bereitzustellen, der innerhalb der Eisenbahnweiche angebracht werden kann. Das hat den Vorteil, dass der Niederschlag dort erfasst wird, wo er zu einer Beeinträchtigung der Weichenfunktion unmittelbar beitragen kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Niederschlagssensor in einem Abschnitt einer Backenschiene anordenbar ist, an welchen eine Weichenzunge in wenigstens einer Weichenstellung anschlägt. The invention is based on the idea not to detect the detection of a precipitate, as known from the prior art, in the immediate vicinity of the railway switch, but rather to provide a precipitation sensor, which can be mounted within the railway switch. This has the advantage that the precipitation is detected where it can directly contribute to an impairment of the switch function. In particular, it can be provided that the precipitation sensor can be arranged in a section of a stock rail on which a switch blade strikes in at least one point position.

Um dies zu ermöglichen, sieht der erfindungsgemäße Niederschlagssensor eine elektronische Sensorschaltung vor, die eine kapazitive Niederschlagserfassung ermöglicht. Eine solche Sensorschaltung ist besonders einfach und betriebsstabil aufgebaut. Außerdem nimmt eine solche kapazitive Sensorschaltung einen geringen Bauraum ein, wodurch der Niederschlagssensor insgesamt kompakt gestaltet werden kann. Dies ist vorteilhaft, um den Niederschlagssensor in die Weiche zu integrieren, ohne eine Umgestaltung der Weichenkonstruktion vornehmen zu müssen. In order to make this possible, the precipitation sensor according to the invention provides an electronic sensor circuit which allows a capacitive precipitation detection. Such a sensor circuit is particularly simple and stable in operation. In addition, such a capacitive sensor circuit occupies a small space, whereby the precipitation sensor can be made compact overall. This is advantageous in order to integrate the precipitation sensor in the switch, without having to make a transformation of the turnout structure.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Niederschlagssensor, insbesondere dessen Gehäuse, wegen der kompakten Größe in einem beheizten Abschnitt der Eisenbahnweiche anordenbar ist. So kann auf eine separate Heizung für den Niederschlagssensor verzichtet werden. Vielmehr kann die Weichenheizung selbst genutzt werden, um auch den Niederschlagssensor in einem bevorzugten Betriebstemperaturbereich zu halten. Der Aufbau der Weichenheizung insgesamt wird damit vereinfacht. Gleichzeitig wird der Energiebedarf für die Weichenheizung reduziert. Dazu trägt auch bei, dass der Niederschlagssensor unmittelbar innerhalb der Eisenbahnweiche anordenbar ist, Niederschlag also dort erfasst wird, wo er den Betrieb der Eisenbahnweiche beeinträchtigen kann. Auf diese Weise kann die Weichenheizung sehr gezielt gesteuert bzw. geregelt werden, so dass insgesamt der Energieaufwand für die Beheizung der Eisenbahnweiche reduziert wird. Another advantage of the invention is that the precipitation sensor, in particular the housing, because of the compact size in a heated section of the railway switch can be arranged. So can be dispensed with a separate heater for the precipitation sensor. Rather, the point heater itself can be used to keep the precipitation sensor in a preferred operating temperature range. The structure of the point heater total is thus simplified. At the same time, the energy required for point heating is reduced. This is also helped by the fact that the precipitation sensor can be arranged directly inside the railway turntable, so precipitation is recorded where it can affect the operation of the railway junction. In this way, the point heater can be controlled or regulated very targeted, so that the total energy consumption for the heating of the railway is reduced.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse an einem Schienenfuß einer Backenschiene, insbesondere unterhalb eines Anschlagsbereichs einer Weichenzunge, der Eisenbahnweiche befestigbar ist. Der Einbauort an einem Schienenfuß der Backenschiene ist insofern bevorzugt, da hier ein Niederschlag, insbesondere Flugschnee, die Funktion der Eisenbahnweiche besonders stark beeinträchtigen kann. Es ist daher zweckmäßig, den Niederschlag in gerade diesem Bereich zu erfassen. Die kompakten Abmessungen des Gehäuses erlauben es dabei, den Niederschlagssensor so an den Schienenfuß anzubinden, dass die Weichenzunge über das Gehäuse hinweg bewegt werden kann. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the housing can be fastened to a rail foot of a stock rail, in particular below a stop area of a switch tongue, of the railroad switch. The installation on a rail of the stock rail is preferred insofar as here a precipitate, especially snow, the function of the railway switch can affect particularly strong. It is therefore appropriate to record the precipitation in just this area. The compact dimensions of the housing make it possible to connect the precipitation sensor to the rail foot so that the switch blade can be moved across the housing.

Die Integration des erfindungsgemäßen Niederschlagssensors in bestehende Eisenbahnweichen kann insbesondere dadurch ermöglicht werden, dass das Gehäuse, wie es vorteilhaft vorgesehen ist, eine Höhe aufweist, die höchstens 30 mm, insbesondere höchstens 20 mm, insbesondere höchstens 15 mm, insbesondere höchstens 10 mm, beträgt. Eine solche Gehäusehöhe ermöglicht es insbesondere, das Gehäuse an einem Schienenfuß einer Backenschiene unterhalb des Anschlagsbereichs einer Weichenzunge so zu platzieren, dass die Weichenzunge über das Gehäuse bzw. den Niederschlagssensor hinweg bewegt werden kann. The integration of the precipitation sensor according to the invention in existing railway turnouts can be made possible in particular by the fact that the housing, as is advantageously provided, has a height which is at most 30 mm, in particular at most 20 mm, in particular at most 15 mm, in particular at most 10 mm. Such a housing height makes it possible, in particular, to place the housing on a rail foot of a stock rail below the stop area of a switch tongue in such a way that the switch tongue can be moved over the housing or the precipitation sensor.

Hinsichtlich des kapazitiven Sensorprinzips des erfindungsgemäßen Niederschlagssensors ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kondensator als Dünnschichtkondensator, insbesondere als Kammkondensator, ausgebildet ist. Ein solcher Dünnschichtkondensator ist gut in Serienfertigung herstellbar und nimmt einen geringen Bauraum ein, wodurch der Niederschlagssensor insgesamt kompakt gestaltet werden kann. Damit trägt der Dünnschichtkondensator effizient dazu bei, den Niederschlagssensor innerhalb der Eisenbahnweiche, insbesondere im Anschlagsbereich der Weichenzunge, positionieren zu können. Die Verwendung eines Kammkondensators ist besonders bevorzugt, da ein solcher Kondensator eine hohe Empfindlichkeit bei geringer Baugröße zeigt. With regard to the capacitive sensor principle of the precipitation sensor according to the invention, it is preferably provided that the capacitor is designed as a thin-film capacitor, in particular as a comb capacitor. Such a thin-film capacitor is well produced in mass production and occupies a small space, whereby the precipitation sensor can be made compact overall. Thus, the thin-film capacitor contributes efficiently to be able to position the precipitation sensor within the railway switch, especially in the attack area of the switch blade. The use of a comb capacitor is particularly preferred since such a capacitor exhibits high sensitivity with a small size.

Der Kondensator kann im Allgemeinen eine Länge zwischen 30 mm und 50 mm aufweisen. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Kondensator eine Länge zwischen 35 mm und 45 mm, insbesondere konkret 40 mm, aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann der Kondensator eine Breite zwischen 20 mm und 40 mm, insbesondere zwischen 25 mm und 35 mm, insbesondere konkrete 30 mm, aufweisen. Die vorgenannten Werte verdeutlichen die kompakte Gestaltung des Kondensators, was wiederum zu einer kompakten Gestaltung des Niederschlagssensors insgesamt führt. Damit ist der Niederschlagssensor gut in eine Eisenbahnweiche integrierbar. The capacitor may generally have a length between 30 mm and 50 mm. It is particularly preferred if the capacitor has a length between 35 mm and 45 mm, in particular 40 mm concrete. Alternatively or additionally, the capacitor may have a width between 20 mm and 40 mm, in particular between 25 mm and 35 mm, in particular concrete 30 mm. The above values illustrate the compact design of the capacitor, which in turn leads to a compact design of the precipitation sensor overall. Thus, the precipitation sensor is well integrated into a railway turntable.

Das Gehäuse des Niederschlagssensors kann wärmeleitend ausgebildet sein, so dass der Kondensator durch die Weichenheizung temperierbar ist. Beispielsweise kann das Gehäuse aus einem Metallblech gebildet sein, das Wärme gut leitet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse von der Weichenheizung bereitgestellte Wärmeenergie in das Innere an den Kondensator bzw. die Sensorschaltung leitet. Damit ist sichergestellt, dass der Kondensator eine zur Messung des Niederschlags zweckmäßige Betriebstemperatur beibehält. Indem das Gehäuse wärmeleitend ausgebildet ist, kann für die Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des Kondensators vorteilhaft die Abwärme der Weichenheizung genutzt werden. Dies führt zu einer Energieersparnis. The housing of the precipitation sensor may be thermally conductive, so that the capacitor can be tempered by the point heater. For example, the housing may be formed of a metal sheet that conducts heat well. In particular, it can be provided that the housing conducts heat energy provided by the point heater into the interior of the capacitor or the sensor circuit. This ensures that the condenser maintains an appropriate operating temperature for measuring precipitation. By the housing is formed thermally conductive, can advantageously be used to maintain the operating temperature of the condenser, the waste heat of the point heater. This leads to energy savings.

Besonders vorteilhaft ist hinsichtlich der Sensorschaltung vorgesehen, dass zwei Kippstufen mit jeweils einem Kondensator vorgesehen sind. Mit anderen Worten kann die Sensorschaltung zwei Kondensatoren aufweisen, die jeweils einer Kippstufe zugeordnet sind. Jede Kippstufe erzeugt im Wesentlichen ein periodisches Ausgangssignal, wobei jeweils ein Widerstand und ein Kondensator in der Kippstufe die Frequenz des Ausgangssignals bestimmen. Die Frequenz des Ausgangssignals ist insbesondere abhängig von der Kapazität des Kondensators, die bei dem Niederschlagssensor von dem auf die Sensorfläche des Gehäuses auftreffenden Niederschlag abhängt. Insofern beeinflusst der auf den Niederschlagssensor auftreffende Niederschlag, insbesondere dessen Menge und Art, das Ausgangssignal der Kippstufe. Die Veränderung des Ausgangssignals lässt insofern Rückschlüsse auf die Art und Menge des Niederschlags zu, so dass die Weichenheizung entsprechend gesteuert werden kann. With regard to the sensor circuit, it is particularly advantageous that two flip-flops are provided, each with a capacitor. In other words, the sensor circuit may comprise two capacitors, each associated with a flip-flop. Each flip-flop essentially generates a periodic output signal, wherein in each case a resistor and a capacitor in the flip-flop determine the frequency of the output signal. The frequency of the output signal is particularly dependent on the capacitance of the capacitor, which depends in the precipitation sensor of the incident on the sensor surface of the housing precipitation. In this respect, the precipitation incident on the precipitation sensor, in particular its quantity and type, influences the output signal of the flip-flop. The change in the output signal can therefore draw conclusions about the type and amount of precipitation, so that the point heating can be controlled accordingly.

Vorzugsweise sind die beiden Kippstufen des Niederschlagssensors zur Erzeugung von Ausgangssignalen mit unterschiedlicher Frequenz konfiguriert. Dies erhöht die Messgenauigkeit des Niederschlagssensors. Insbesondere ist auf diese Weise die Zuverlässigkeit der Erkennung verschiedener Arten von Niederschlag erhöht. Preferably, the two flip-flops of the precipitation sensor for generating Output signals with different frequency configured. This increases the measurement accuracy of the precipitation sensor. In particular, in this way the reliability of detection of various types of precipitation is increased.

Vorzugsweise sind die beiden Kondensatoren, die jeweils einer Kippstufe zugeordnet sind, nebeneinander angeordnet. Insbesondere können die beiden Kondensatoren unmittelbar nebeneinander angeordnet sein. Dies dient einerseits dazu, den Niederschlagssensor insgesamt kompakt zu gestalten. Andererseits bewirkt die räumliche Nähe der beiden Kondensatoren zueinander, dass Niederschlag im Wesentlichen an einem gebündelten Ort von zwei unterschiedlichen Kippstufen erfasst wird, so dass die Auswertegenauigkeit für diesen spezifischen Ort verbessert ist. Eine räumliche Trennung der beiden Kippstufen würde hingegen das Risiko von Messungenauigkeiten erhöhen. Preferably, the two capacitors, which are each associated with a flip-flop, arranged side by side. In particular, the two capacitors can be arranged directly next to one another. On the one hand, this serves to make the precipitation sensor compact overall. On the other hand, the spatial proximity of the two capacitors to each other causes precipitation to be detected substantially at a collimated location of two different flip-flops, so that the evaluation accuracy for this specific location is improved. A spatial separation of the two flip-flops, however, would increase the risk of measurement inaccuracies.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Kondensatoren gleichartig ausgebildet. Das hat den besonderen Vorteil, dass die Kondensatoren auf diese Weise einfach und kostengünstig in Serienfertigung herstellbar sind. Insbesondere erhöht dies die Standardisierung über eine ganze Baureihe von Niederschlagssensoren, was sich positiv auf die Herstellungskosten auswirkt. In a preferred embodiment, the two capacitors are of similar design. This has the particular advantage that the capacitors in this way can be easily and inexpensively mass produced. In particular, this increases the standardization over a whole range of precipitation sensors, which has a positive effect on the manufacturing costs.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Niederschlagssensors ist vorgesehen, dass die beiden Kippstufen unterschiedliche Grundfrequenzen aufweisen. Insbesondere kann eine erste Kippstufe zu Erzeugung eines Rechtecksignals mit einer Grundfrequenz zwischen 2 kHZ und 3 kHz und eine zweite Kippstufe zur Erzeugung eines Rechtecksignals mit einer Grundfrequenz zwischen 140 kHz und 150 kHz angepasst sein. Die Grundfrequenz bezeichnet dabei die Frequenz, die unter standardisierten Umweltbedingungen, insbesondere bei Raumtemperatur ohne Niederschlag, an den einzelnen Kippstufen ausgelesen werden können. Sobald Niederschlag auf den Sensor gelangt und damit die Kondensatoren der Kippstufen in ihrer Kapazität beeinflusst, ändert sich die auslesbare Frequenz. Die von der Grundfrequenz abweichende, auslesbare Frequenz wird auch als Messfrequenz bezeichnet. In a particularly preferred embodiment of the precipitation sensor according to the invention it is provided that the two flip-flops have different fundamental frequencies. In particular, a first flip-flop for generating a square wave signal with a fundamental frequency between 2 kHz and 3 kHz and a second flip-flop for generating a square wave signal with a fundamental frequency between 140 kHz and 150 kHz be adapted. The fundamental frequency denotes the frequency that can be read out under standardized environmental conditions, in particular at room temperature without precipitation, at the individual flip-flops. As soon as precipitation reaches the sensor and thus affects the capacity of the capacitors of the flip-flops, the readable frequency changes. The readable from the fundamental frequency, readable frequency is also referred to as the measurement frequency.

Die Grundfrequenz kann bei der ersten Kippstufe auch zwischen 2,3 kHz und 2,8 kHz, vorzugsweise 2,5 kHz, betragen. Die zweite Kippstufe kann hingegen eine Grundfrequenz von 142 kHz bis 148 kHz, konkret 145 kHz, aufweisen. The fundamental frequency may also be between 2.3 kHz and 2.8 kHz, preferably 2.5 kHz, in the first flip-flop. The second flip-flop, however, may have a fundamental frequency of 142 kHz to 148 kHz, specifically 145 kHz.

Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft eine Weichenheizung für eine Eisenbahnweiche mit Heizelementen und mit einer Sensorvorrichtung zur Steuerung der Heizelemente in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen, wobei die Heizelemente mit einer Schiene der Eisenbahnweiche wärmeübertragend gekoppelt sind. Erfindungsgemäß weist die Sensorvorrichtung einen kapazitiven Niederschlagssensor, insbesondere nach der zuvor beschriebenen Art, auf. A sibling aspect of the invention relates to a point heater for a railway switch with heating elements and with a sensor device for controlling the heating elements in response to environmental influences, wherein the heating elements are coupled heat transfer with a rail of the railway. According to the invention, the sensor device has a capacitive precipitation sensor, in particular of the type described above.

Die im Zusammenhang mit dem Niederschlagssensor genannten Vorteile und bevorzugten Weiterbildungen gelten entsprechend für die hier beschriebene Weichenheizung. The advantages and preferred refinements mentioned in connection with the precipitation sensor apply correspondingly to the point heater described here.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Niederschlagssensor an einem Schienenfuß einer Backenschiene der Eisenbahnweiche angeordnet ist. Dabei kann der Niederschlagssensor konkret unterhalb eines Anschlagsbereichs einer Weichenzunge der Eisenbahn positionierbar bzw. positioniert sein. Auf diese Weise ist der Niederschlagssensor an der Stelle positioniert, an welcher Niederschlag, insbesondere Flugschnee, schnell zu einer Störung der Eisenbahnweiche führen kann. Indem der Flugschnee frühzeitig mittels des erfindungsgemäßen Niederschlagssensors erkannt wird, kann die Heizleistung der Heizelemente der Weichenheizung mittels der Sensorvorrichtung entsprechend eingestellt werden, um frühzeitig einerseits die Weiche zu beheizen und andererseits die Weichenheizung nach erfolgreichem Wegtauen des Flugschnees zu deaktivieren. Damit kann eine erhebliche Energieeinsparung erzielt werden. It is preferably provided that the precipitation sensor is arranged on a rail foot of a stock rail of the railway switch. In this case, the precipitation sensor can be specifically positioned or positioned below a stop region of a switch tongue of the railway. In this way, the precipitation sensor is positioned at the point at which precipitation, in particular flying snow, can quickly lead to a disturbance of the railway switch. By the snow snow is detected early by means of the precipitation sensor according to the invention, the heating power of the heating elements of the point heating means of the sensor device can be adjusted accordingly to early on the one hand to heat the switch and on the other hand disable the point heating after successful Wegtauen the snow. This can be achieved a considerable energy savings.

Um den Niederschlagssensor selbst möglichst einfach, kompakt und energieautark betreiben zu können, ist es bei der erfindungsgemäßen Weichenheizung besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Niederschlagssensor mit einem beheizten Bereich der Eisenbahnschiene, insbesondere der Backenschiene, wärmeübertragend verbunden ist. In order to operate the precipitation sensor itself as simply, compact and energy self-sufficient, it is particularly preferably provided in the point heater according to the invention that the precipitation sensor with a heated region of the railroad track, in particular the stock rail, is heat-transmitting connected.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings. Show in it

1 eine Querschnittsansicht durch eine Backenschiene einer Eisenbahnweiche, an welcher ein Niederschlagssensor nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet ist; 1 a cross-sectional view through a stock rail of a railway switch, on which a precipitation sensor according to a preferred embodiment of the invention is arranged;

2a eine Vordersicht auf den Niederschlagssensor gemäß 1; 2a a front view of the precipitation sensor according to 1 ;

2b eine Seitenansicht des Niederschlagssensors gemäß 2a; und 2 B a side view of the precipitation sensor according to 2a ; and

2c eine Unteransicht des Niederschlagssensors gemäß 2c; und 2c a bottom view of the precipitation sensor according to 2c ; and

3 eine Vorderansicht auf die Kondensatoren zweier Sensorschaltungen des Niederschlagssensors gemäß 2a. 3 a front view of the capacitors of two sensor circuits of the precipitation sensor according to 2a ,

In 1 ist im Querschnitt eine Backenschiene einer Eisenbahnweiche dargestellt, wobei die Backenschiene ein in Deutschland übliches Schienenprofil 10, insbesondere ein Breitfuß-Schienenprofil aufweist. Das Schienenprofil 10 umfasst einen Kopf 11 und einen Schienenfuß 13, wobei der Kopf 11 und der Schienenfuß 13 durch einen Steg miteinander verbunden sind. Der Schienenfuß 13 umfasst eine zum Steg 12 ansteigende Fläche 13a. Die zum Steg 12 ansteigende Fläche 13a dient der Stabilisierung des Schienenfußes 13. In 1 is shown in cross section a stock rail of a railway switch, the stock rail in Germany a usual rail profile 10 , In particular, has a broad-leg rail profile. The rail profile 10 includes a head 11 and a rail foot 13 , where the head 11 and the rail foot 13 connected by a bridge. The rail foot 13 includes one to the jetty 12 rising area 13a , The to the jetty 12 rising area 13a serves to stabilize the rail foot 13 ,

Die Schnittansicht gemäß 1 zeigt insbesondere einen Bereich der Backenschiene, in welchem eine Weichenzunge der Eisenbahnweiche anschlägt. Die Weichenzunge entspricht im Wesentlichen einer Schiene mit einem Profil, die ohne einen Schienenfuß ausgestaltet ist. Die Weichenzunge weist daher eine geringere Höhe als das Schienenprofil 10 der Backenschiene auf. Da der Kopf der Weichenzunge auf derselben Höhe wie der Kopf 11 des Schienenprofils 10 angeordnet ist, verbleibt unterhalb der Weichenzunge ein Freiraum, insbesondere ein Abstand zum Schienenfuß 13 der Backenschiene. The sectional view according to 1 shows, in particular, a region of the stock rail in which a switch blade of the railroad rail strikes. The switch blade essentially corresponds to a rail with a profile which is designed without a rail foot. The switch tongue therefore has a lower height than the rail profile 10 the stock rail. Because the head of the switch tongue is at the same height as the head 11 of the rail profile 10 is arranged, remains below the switch blade a clearance, in particular a distance from the rail foot 13 the stock rail.

In dem Freiraum zwischen der Weichenzunge und dem Schienenprofil 10 der Backenschiene ist vorzugsweise ein Niederschlagssensor 20 angeordnet. Der Niederschlagssensor 20 weist ein Gehäuse 21 auf, dessen Höhe so gewählt ist, dass die Weichenzunge mit Abstand über den Niederschlagssensor 20 bewegt werden kann. In 1 ist deutlich erkennbar, dass das Gehäuse 21 eine flache Bauweise zeigt und auf einer Rückseite eine abgeschrägte Fläche 21a aufweist, so dass der Niederschlagssensor 20 sich gut an den Schienenfuß 13, insbesondere die ansteigende Fläche 13a des Schienenfußes 13 anpasst. In the space between the switch blade and the rail profile 10 the stock rail is preferably a precipitation sensor 20 arranged. The precipitation sensor 20 has a housing 21 whose height is chosen so that the switch blade at a distance above the precipitation sensor 20 can be moved. In 1 is clearly visible that the case 21 a flat design shows and on a backside a beveled surface 21a so that the precipitation sensor 20 good for the rail foot 13 , in particular the rising surface 13a of the rail foot 13 adapts.

Das Gehäuse 21 des Niederschlagssensors 20 ist in den 2a bis 2c in unterschiedlichen Ansichten gezeigt. 2a zeigt insbesondere eine Vorderansicht des Gehäuses 21. Das Gehäuse 21 weist eine erste Ausnehmung 22 auf, die zwei elektronische Sensorschaltungen aufnehmen kann, wobei die elektronischen Sensorschaltungen jeweils eine separate Kippstufe bilden. Jede Kippstufe umfasst einen Kondensator, der vorzugsweise als Dünnschichtkondensator, insbesondere als Kammkondensator, ausgebildet ist. Die beiden Kondensatoren liegen vorzugsweise in einer einheitlichen Ebene nebeneinander. Die Kondensatorfläche beträgt für jeden Kondensator vorzugsweise etwa 40 mm mal 30 mm. The housing 21 of the precipitation sensor 20 is in the 2a to 2c shown in different views. 2a shows in particular a front view of the housing 21 , The housing 21 has a first recess 22 on, which can accommodate two electronic sensor circuits, wherein the electronic sensor circuits each form a separate flip-flop. Each flip-flop comprises a capacitor, which is preferably designed as a thin-film capacitor, in particular as a comb capacitor. The two capacitors are preferably adjacent to one another in a uniform plane. The capacitor area is preferably about 40 mm by 30 mm for each capacitor.

Das Gehäuse 21 umfasst ferner eine zweite Ausnehmung 23, die eine größere Länge und Breite als die erste Ausnehmung 22 aufweist. Die erste Ausnehmung 22 ist vorzugsweise innerhalb der zweiten Ausnehmung 23 angeordnet. Die erste Ausnehmung 22 ist vorzugsweise in einem Boden der zweiten Ausnehmung 23 angeordnet. Insofern ergibt sich eine abgestufte Gesamtausnehmung innerhalb des Gehäuses 21. In 2a sind außerdem zwei Gewindebohrungen 24 vorgesehen, die zur Befestigung des Niederschlagssensors 20 an der Schiene dienen. The housing 21 further comprises a second recess 23 that have a greater length and width than the first recess 22 having. The first recess 22 is preferably within the second recess 23 arranged. The first recess 22 is preferably in a bottom of the second recess 23 arranged. In this respect, a stepped overall recess results within the housing 21 , In 2a are also two threaded holes 24 provided for attachment of the precipitation sensor 20 serve on the rail.

Die zweite Ausnehmung 23 dient zur Aufnahme einer Abdeckung, beispielsweise eines Abdeckglases. Vorzugsweise liegt das Abdeckglas im montierten Zustand unmittelbar auf den Kondensatoren der beiden Kippstufen auf. Mit anderen Worten liegt die Außenoberfläche der beiden Kondensatoren vorzugsweise in einer Ebene mit dem Boden der zweiten Ausnehmung 23. The second recess 23 serves to accommodate a cover, such as a cover glass. Preferably, the cover glass is in the mounted state directly on the capacitors of the two flip-flops. In other words, the outer surface of the two capacitors is preferably in one plane with the bottom of the second recess 23 ,

In 2b ist in der Seitenansicht nochmals erkennbar, dass die erste Ausnehmung 22 und die zweite Ausnehmung 23 ineinander angeordnet sind und unterschiedliche Tiefen aufweisen. Ferner ist gut erkennbar, dass das Gehäuse 21 eine abgeschrägte Fläche 21a aufweist, mit welchen sich das Gehäuse 21 gut an die ansteigende Fläche 13a des Schienenfußes 13 anpassen kann. Die Unteransicht des Gehäuses 21 gemäß 2c zeigt ebenfalls angedeutet die unterschiedliche Gestaltung der ersten Ausnehmung 22 und der zweiten Ausnehmung 23. Vorzugsweise weist die zweite Ausnehmung 23 eine Tiefe auf, die im Wesentlichen der Höhe einer Abdeckung, insbesondere einer Glasplatte entspricht, so dass die Abdeckung bündig mit einer Vorderseite des Gehäuses 21 abschließt. Wegen des kapazitiven Messverfahrens ist es möglich, das Gehäuse 21 des Niederschlagssensors 20 zu lackieren. In 2 B is again visible in the side view that the first recess 22 and the second recess 23 are arranged one inside the other and have different depths. Furthermore, it is easy to see that the housing 21 a beveled surface 21a has, with which the housing 21 good at the rising surface 13a of the rail foot 13 can adapt. The bottom view of the housing 21 according to 2c also indicates the different design of the first recess 22 and the second recess 23 , Preferably, the second recess 23 a depth substantially equal to the height of a cover, in particular a glass plate, so that the cover is flush with a front of the housing 21 concludes. Because of the capacitive measuring method it is possible to use the housing 21 of the precipitation sensor 20 to paint.

Der Niederschlagssensor 20 wird vorzugsweise so in das Schienenprofil 10 integriert, dass die Vorderseite, in welcher die Abdeckung angeordnet ist, bzw. zu welcher sich die zweite Ausnehmung 23 öffnet, nach oben ausgerichtet ist. Mit anderen Worten ist die abgeschrägte Fläche 21a auf einer Rückseite des Gehäuses 21 angeordnet und liegt im montierten Zustand am Schienenprofil 10 an. Dadurch ist sichergestellt, dass die Vorderseite dem Niederschlag ausgesetzt ist, wobei über die Abdeckung in der zweiten Ausnehmung 23 durch den Niederschlag die Kapazität der unteren Abdeckung unmittelbar angeordneten Kondensatoren beeinflussbar ist. The precipitation sensor 20 is preferably so in the rail profile 10 integrated, that the front side, in which the cover is arranged, or to which the second recess 23 opens, is oriented upwards. In other words, the bevelled surface 21a on a back of the case 21 arranged and lies in the mounted state on the rail profile 10 at. This ensures that the front is exposed to precipitation, with the cover in the second recess 23 by the precipitation, the capacity of the lower cover directly arranged capacitors can be influenced.

Im Wesentlichen umfasst der Niederschlagssensor 20 also zwei kapazitive Sensorflächen in Form von zwei vorzugsweise gleichartig ausgebildeten Kondensatoren. Die Kondensatoren sind jeweils einer separaten Kippstufe zugeordnet, also einer Sensorschaltung, die ein periodisches Ausgangssignal erzeugt. Die Frequenz des Ausgangssignals wird innerhalb der Sensorschaltung durch entsprechende Dimensionierung von elektronischen Bauteilen, insbesondere von wenigstens einem Kondensator und einem elektrischen Widerstand eingestellt. Beeinflusst wird die Frequenz des Ausgangssignals außerdem durch die Kapazität des Kondensators. Die Kapazität des Kondensators ändert sich mit Auftreffen von Niederschlag. Dazu wird das Streufeld des Plattenkondensators bzw. Kammkondensators vorteilhaft genutzt. Beim Kammkondensator sind die Platten des Plattenkondensators ineinander verzahnt, wodurch sich eine hohe Sensibilität für Eingriffe in das Streufeld des Kondensators ergibt. Essentially, the precipitation sensor comprises 20 So two capacitive sensor surfaces in the form of two preferably identically formed capacitors. The capacitors are each assigned to a separate flip-flop, ie a sensor circuit which generates a periodic output signal. The frequency of the output signal is adjusted within the sensor circuit by appropriate dimensioning of electronic components, in particular of at least one capacitor and an electrical resistance. The frequency of the output signal is also influenced by the capacitance of the capacitor. The capacitance of the capacitor changes with the impact of precipitation. For this purpose, the stray field of the plate capacitor or comb capacitor is advantageously used. In the comb capacitor, the plates of the plate capacitor are interlocked, resulting in a high sensitivity for interfering with the stray field of the capacitor.

Die beiden Kippstufen sind vorzugsweise auf unterschiedliche Frequenzen abgestimmt bzw. weisen unterschiedliche Grundfrequenzen auf. Beispielsweise kann eine erste Kippstufe ein Rechtecksignal mit einer Grundfrequenz von 2,5 kHz erzeugen. Eine zweite Kippstufe kann ein Rechtecksignal mit einer Grundfrequenz von 145 kHz erzeugen. Durch Auswertung der Abweichung der Frequenzen der beiden Kippstufen kann mittels einer entsprechenden Steuerung die Art und Menge des auf den Niederschlagssensor 20 auftreffenden Niederschlags ermittelt und entsprechende Heizleistung für eine Weichenheizung eingestellt werden. The two flip-flops are preferably tuned to different frequencies or have different fundamental frequencies. For example, a first flip-flop a square wave signal with a fundamental frequency of 2 , 5 kHz generate. A second flip-flop can be a square wave signal with a fundamental frequency of 145 generate kHz. By evaluating the deviation of the frequencies of the two flip-flops can by means of an appropriate control, the type and amount of the precipitation sensor 20 impinging precipitation determined and appropriate heating power can be set for a points heating.

3 zeigt schematisch die Gestaltung der beiden Kondensatoren 25 für einen Niederschlagssensor 20. Die Kondensatoren 25 sind jeweils unterschiedlichen und unterschiedlich eingestellten Kippstufen zugeordnet. 3 shows schematically the design of the two capacitors 25 for a precipitation sensor 20 , The capacitors 25 are each assigned to different and differently set flip-flops.

Die Kondensatoren 25 sind jeweils als Kammkondensatoren ausgebildet. Konkret weist jeder Kondensator 25 zwei Leiterbahnen 26 auf, die kammartig ineinandergreifend zueinander angeordnet sind. Die beiden Leiterbahnen 26 sind jeweils durch Anschlusspunkte 27 elektrisch in die Sensorschaltung integrierbar. The capacitors 25 are each formed as comb capacitors. Specifically, each condenser has 25 two tracks 26 on, which are arranged comb-like intermeshing. The two tracks 26 are each through connection points 27 electrically integrated into the sensor circuit.

Vorzugsweise ist das Gehäuse 21 mit einer wärmeleitenden Masse vergossen. Insbesondere kann das Gehäuse 21 durch ein wärmeleitendes Material gebildet sein. Dabei soll erreicht werden, dass Wärme von außen über das Gehäuse 21 an die Sensorschaltung gelangt. Auf diese Weise kann die Sensorschaltung auf einer zweckmäßigen Betriebstemperatur bzw. in einem zweckmäßigen Betriebstemperaturbereich, gehalten werden. Dies wird insbesondere dadurch vorteilhaft erreicht, dass der Niederschlagssensor 20 in einem beheizten Bereich der Weiche installiert wird. Üblicherweise werden die Backenschienen in einer Weiche, insbesondere im Anschlagbereich für eine Weichenzunge beheizt. Insofern ist es vorteilhaft, den Niederschlagssensor 20 in einem solchen beheizten Bereich der Backenschiene anzuordnen. Da der Niederschlagssensor 20 flach baut kann er besonders vorteilhaft im beheizten Bereich unterhalb eines Anschlagsbereichs der Weichenzunge angeordnet werden. Durch die Anordnung des Niederschlagssensors 20 in einem beheizten Bereich der Eisenbahnschiene wird eine passive Heizung des Niederschlagssensors 20 erreicht, so dass auf eine aktive Beheizung des Niederschlagssensors verzichtet werden kann. Das erhöht die Messgenauigkeit des Niederschlagssensors 20. Insbesondere wird dadurch erreicht, dass die Niederschlagsart und die Niederschlagsmenge, die auf den Niederschlagssensor 20 auftrifft, ausreichend genau erfasst wird, so dass über die Auswertung der Messsignale schnell erkannt werden kann, ob die Eisenbahnweiche in einen für den Betrieb kritischen Zustand übergeht. Preferably, the housing 21 potted with a thermally conductive mass. In particular, the housing 21 be formed by a thermally conductive material. It should be achieved that heat from the outside through the housing 21 gets to the sensor circuit. In this way, the sensor circuit can be kept at a suitable operating temperature or in a suitable operating temperature range. This is advantageously achieved in particular in that the precipitation sensor 20 installed in a heated area of the switch. Usually, the stock rails are heated in a switch, in particular in the stop area for a switch tongue. In this respect, it is advantageous to the precipitation sensor 20 to be arranged in such a heated area of the stock rail. As the precipitation sensor 20 It can be arranged particularly advantageously in the heated area below a stop region of the switch tongue. By the arrangement of the precipitation sensor 20 in a heated area of the railway track is a passive heating of the precipitation sensor 20 achieved, so that can be dispensed with active heating of the precipitation sensor. This increases the measuring accuracy of the precipitation sensor 20 , In particular, it is achieved that the type of precipitation and the amount of rainfall on the precipitation sensor 20 incident, is detected with sufficient accuracy, so that it can be quickly detected by the evaluation of the measurement signals, whether the railroad switch is in a critical for operation state.

Indem die beiden Kippstufen auf eine unterschiedliche Grundfrequenz eingestellt sind, lässt sich die Art des Niederschlags gut ermitteln. Konkret ändern sich die Ausgangssignale beider Kippstufen in Abhängigkeit von der Art des auftreffenden Niederschlags. Grund für die unterschiedliche Veränderung der Ausgangssignale anhand der Art des Niederschlags ist die Permittivität, die je nach Aggregatszustand des Niederschlags vorliegt. Die unterschiedlichen Ausgangssignale können über eine Auswerteeinheit bzw. die Sensorsteuerung entsprechend analysiert und bewertet werden, so dass daraus ein zweckmäßiger Heizwert für die Heizelemente der Weichenheizung errechnet werden kann. By setting the two flip-flops to a different fundamental frequency, the type of precipitation can be determined well. Specifically, the output signals of both flip-flops vary depending on the type of precipitation encountered. The reason for the different change in the output signals based on the type of precipitation is the permittivity, which is present depending on the aggregate state of the precipitate. The different output signals can be analyzed and evaluated accordingly via an evaluation unit or the sensor control, so that a suitable calorific value for the heating elements of the point heater can be calculated therefrom.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Schienenprofil rail profile
11 11: Kopf head
12 12: Steg web
13 13: Schienenfußrail
13a 13a: ansteigende Fläche rising area
20 20: Niederschlagssensor Precipitation Sensor
21 21: Gehäuse casing
21a 21a: abgeschrägte Fläche beveled surface
22 22: erste Ausnehmung first recess
23 23: zweite Ausnehmung second recess
24 24: Gewindebohrung threaded hole
25 25: Kondensator capacitor
26 26: Leiterbahn conductor path
27 27: Anschlusspunkt connection point

Claims

Precipitation sensor ( 20 ) for a switch heating of a railway switch with a housing ( 21 ), in which an electronic sensor circuit is arranged, wherein the sensor circuit comprises at least one flip-flop with at least one capacitor whose capacitance is dependent on precipitation, so that the type and quantity of a sensor surface of the housing ( 21 ) impacting the frequency of an output signal of the flip-flop, and wherein the housing ( 21 ) can be arranged in a heated section of the railway switch.

Precipitation sensor ( 20 ) according to claim 1, characterized in that the housing ( 21 ) on a rail foot ( 13 ) of a stock rail, in particular below a stop region of a switch tongue, the railway switch is fastened.

Precipitation sensor ( 20 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the housing ( 21 ) has a height which is at most 30 mm, in particular at most 20 mm, in particular at most 15 mm, in particular at most 10 mm.

Precipitation sensor ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitor is designed as a thin-film capacitor, in particular as a comb capacitor.

Precipitation sensor ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitor has a length between 30 mm and 50 mm, in particular between 35 mm and 45 mm, in particular 40 mm, and / or a width between 20 mm and 40 mm, in particular between 25 mm and 35 mm, in particular 30 mm.

Precipitation sensor ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 21 ) is thermally conductive, so that the condenser is temperature controlled by the point heater.

Precipitation sensor ( 20 ) according to one of the preceding claims, characterized in that two flip-flops are provided, each with a capacitor.

Precipitation sensor ( 20 ) according to claim 7, characterized in that the two capacitors are arranged side by side.

Precipitation sensor ( 20 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the two capacitors are of similar design.

Precipitation sensor ( 20 ) according to one of the preceding claims 7 to 9, characterized in that a first flip-flop for generating a square wave signal having a fundamental frequency between 2 kHz and 3 kHz, in particular between 2.3 kHz and 2.8 kHz, specifically 2.5 kHz, and a second flip-flop for generating a square wave signal having a fundamental frequency between 140 kHz and 150 kHz, in particular between 142 kHz and 148 kHz, specifically 145 kHz, are adapted.

Point heater for a railway switch with heating elements, which are coupled heat-transmittingly with a rail of the railway switch, and a sensor device for controlling the heating elements as a function of environmental influences, characterized in that the sensor device comprises a capacitive precipitation sensor ( 20 ) according to one of the preceding claims.

Point heater according to claim 11, characterized in that the precipitation sensor ( 20 ) on a rail foot ( 13 ) is arranged a stock rail of the railway switch.

Point heater according to claim 11 or 12, characterized in that the precipitation sensor ( 20 ) is positionable below a stop region of a switch tongue of the railway switch.

Point heater according to one of claims 11 to 13, characterized in that the precipitation sensor ( 20 ) is heat-transmitting connected to a heated area of the railway rail, in particular the stock rail.