-
Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung auf Schienenfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung auf
Schienenfahrzeugen-unter Verwendung von Abtastvorrichtungen für magnetische Kennzeichen.
-
Zur genauen Fahrortbestimmung auf Schienenfahrzeugen dient eine beKannte
Wegmeßeinrichtung (DBP Nr. 1 248 091), bei der eine entlang der Strecke verlegte
und in regelmäßigen Abständen gekreuzte wechsel stromgespeiste Doppelle itung erforderlich
ist, deren Kreuzungsstellen durch Auswerten einer auf den Schienenfahrzeugen empfangenen
Wechselspannung erkannt und zur Fahrortbestimmung gezählt werden.
-
Aus der genannten Patentschrift ist es weiterhin bekannt, den Standort
eines Schienenfahrzeuges bzw. eines Zuges aus einer Wegmessung mit Hilfe eines Fahrzeugrades
zu bestimmen. Hierbei werden die-Radumdrehungen in sogenannte Wegimpulse umgesetzt,
die von einem Zählwerk gezählt werden. Die bekannte Einrichtung vereinigt schließlich
beide Methoden zur Fahrort- bzw. Standortbestimmung. Fehlmessungen, die nach Schleudervorgängen
oder Gleiten des als Meßrad verwendeten Laufrades des Schienenfahrzeuges sowie durch
die unvermeidlichen Toleranzen des Durchmessers eintreten können, sollen durch diese
Einrichtung vermieden werden.
-
In neuerer Zeit sind jedoch zur Erhöhung der Förderleistung Lokomotiven
mit elektrischer Traktion entwickelt worden, die keine Laufräder aufweisen, wobei
also sämtliche Achsen angetrieben sind. Bei diesen Triebfahrzeugen ist die Wahrscheinlichkeit
des Schleuderns oder des Gleitens dann besonders-groB,
wenn die
Fahrzeuge bis an die Grenze der Haftreibung betrieben werden, so daß eine genaue
Weg- und Geschwindigkeitsmessung durch Auswerten von Radumdrehungen nicht möglich
ist. Unter diesem Gesichtswinkel betrachtet, ist mit der bekannten Einrichtung eine
genaue Weg- und Geschwindigkeitsbestimmung nicht mit der erforderlichen Genauigkeit
gewährleistet.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu
schaffen, die zur genauen Weg- und Geschwindigkeitsmessung ohne eine Auswertung
von Radumdrehungen des betreffenden Schienenfahrzeuges auskommt, also berührungslos
arbeitet.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an dem Schienenfahrzeug
ein mit der Fahrschiene magnetisch gekoppelter Sendekopf zum Impfen der Fahr schiene
mit magnetischen Kennzeichen in regelmäßigen Zeitabständen vorgesehen und zum Aufnehmen
der Kennzeichen in einem vorgegebenen Abstand in Fahrrichtung hinter dem Sendekopf
ein Empfangskopf angeordnet ist zum Steuern eines Zeitmessers, der beim Impfen eines
magnetischen Kennzeichens ein Startsignal und beim späteren Empfang dieses Kennzeichens
ein Stoppsignal erhält, daß ein Dividierer vorgesehen ist, der aus dem vorgegebenen
Abstand und einem vom Zeitmesser ermittelten Meßwert den Quotienten bildet. Die
Zeitabstände, in denen die magnetischen Kennzeichen geimpft werden, werden so gewählt,
daß der Kennzeichenabstand größer ist als der vorgegebene Abstand zwischen dem Sende-
und dem Empfangskopf.
-
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt nicht nur in der
Unabhängigkeit von angetriebenen und /oder gebremsten Rädern und dem damit verbundenen
Schlupf zwischen Rad und Schiene, sondern die Einrichtung liefert unmittelbar mit
hoher Genauigkeit die jeweilige Ist-Geschwindigkeit, aus der durch Integration eine
Wegmessung und durch Differentiation -eine Beschleunigung abgeleitet werden kann.
-
Wenn die Einrichtung zur Weg- - und Geschwindigkeitsmessung bei Bahnen
mit elektrischer~Traktion angewendet werden soll, ist es nicht ganz gleichgültig,
ob die magnetischen Eennzeichen in Richtung oder quer zur Fahrschiene vorgesehen
werden.
-
Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es daher bei Fahrschienen
mit Triebruckstrom, daß der Sendekopf aus einem mit mindestens einer Spule versehenen
U-förmigen Nagnetsystem mit zwei Polen besteht, die in Längsrichtung der Schiene
ausgerichtet sind. Durch diese Maßnahme wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß
eine eventuelle vorzeitige Entmagnetisierung der Fahrschlenen und damit einer ungewollten
Löschung der magnetischen Kennzeichen entgegengewirkt wird.
-
Normalerweise bleiben die magnetischen Kennzeichen nach dem Impfvorgang
nicht unbegrenzte Zeit in der Fahr schiene erhalten, da mindestens durch Erschütterung
der Schienen eine Entmagnetisierung erfolgt. Um jedoch sicherzustellen, daß eine
Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeit ame ssung keine magnetischen Kennzeichen
anderer Schienenfahrzeuge verarbeitet, kann in vorteilhafter Weise an jedem Schienenfahrzeug
in Pahrrichtung vor den Empfangsköpfen je ein durch einen Löschsignalgenerator gespeister
Löschkopf angeordnet sein.
-
Zum zeitgerechten Erzeugen der magnetischen Kenneichen kann ein durch
einen frequenzkonstanten Taktgenerator steuerbarer Signalgeber vorgesehen werden,
wobei der Signalgeber zur Leistungsverstärkung dient. Der mit Hilfe des Sendekopfes
die Fahrschiene impfende Signalgeber kann aus einem normalen Impulsverstärker bestehen.
-
Eine besonders einfache und robuste Schaltung fur einen Signalgeber,
der auch hinsiciitlich der Ansteuerung keine besonderen Anforderungen stellt, ist
in vorteilhafter Weise gekennzeichnet aus der gleichspannunggespeisten Reihenschaltung
eines ohmschen Widerstandes und eines Kondensators, an den als Entladestromkreis
Über die Spule des Sendekopfes ein Thyristor mit antiparallel geschalteter Diode
angeschlossen ist.
-
Dieser Signalgeber gibt'bei jeder Ansteuerung durch einen Impuls des
Taktgenerators einen einzigen bipolaren Impuls aus, also einen Wechselstromimpuls
von einer Periodenlänge.
-
Die damit und mit Hilfe des Sendekopfes durchgeführte Impfung der
Fahrschiene ergibt auf dieser ein magnetisches Eennzeichen, das sich teils durch
eine positive und teils durch eine negative Magnetisierungsrichtung des Materials
auszeichnet. Derartige magnetische Kennzeichen werden bevorzugt, weil sie im Empfangskopf
ein elektrisches Signal erzeugen, das sich beim Vorbeibewegen des Empfangskopfes
an den magnetischen Kennzeichen unter Einbeziehung des Wertes Null zwischen zwei
vorgegebenen Amplitudenwerten bewegt. Mit Hilfe des Nulldurchganges kann sehr genau
die Stelle der magnetischen Markierung erkannt werden. Andere magnetische Kennzeichen,
die keinen Wechsel in der Magnetisierungsrichtung der Fahrschiene aufweisen, erzeugen
lediglich ein elektrisches Signal, das mit Hilfe von Amplitudendiskriminatorschaltungen
ausgewertet werden kann.
-
Die magnetischen Kennzeichen müssen nicht unbedingt immer mit denselben
Zeitabständen vorgesehen werden. Vielmehr ist es auch möglich, die Zeitabstände-in
Abhängigkeit von der jeweiligen Geschwindigkeit zu variieren.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung
sieht vor, daß zwischen den Taktgenerator und den Signalgeber ein einstellbarer
Frequenzteiler geschaltet ist, dessen Steuereingang mit dem Ausgang des Dividierers
verbunden ist, derart, daß bei kleinen Geschwindigkeitswerten ein hohes Teilerverhältnis
vorliegt.
-
Der Vorteil dieser Einrichtung liegt darin, daß auch bei den kleinsten
Geschwindigkeiten der Markenabstand größer ist als der vorgegebene Abstand des Empfangskopfes
vom Sendekopf, ohne daß die magnetischen Marken bei Geschwindigkeiten von ungefähr
200 km/h und mehr zu große Abstände voneinander einnehmen müssen. Somit wird in
allen Geschwindigkeitsbereichen eine
ausreichende Meßgenauigkeit
erzielt.
-
Da es erwünscht ist, daß die Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung
möglichst unabhängig von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit fehlerfrei'arbeitet,
also beispielsweise auch noch im Schrittempo oder fast im Stillstand, wird in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung in vorteilhafter Weise vorgeschlagen, daß in den Empfangsköpfen
zum Erkennen-der magnetischen Kennzeichen an sich bekannte Einrichtungen vorgesehen
sind, die bei den magnetischen Kennzeichen eine elektrische Ausgangsspannung abgeben,
deren Amplitude unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch die Anordnung der einzelnen
Köpfe am Schienenfahrzeug, Fig. 2 ein Blockschaltbild der Einrichtung und Fig. 3
die besondere Schaltung eines Signalgebers.
-
Die Anordnung der einzelnen Köpfe an der Unterseite eines Schienenfahrzeuges
ist schematisch in der Anordnung nach Fig. 1 dargestellt. Beiden Fahrrichtungen
1 und 2 gemeinsam ist ein einziger Sendekopf SK zugeordnet In einem vorgegebenen
Abstand A vor und hinter diesem Sendekopf ist Je ein Empfangakopf EK1 bzw. EK2 angeordnet.
Jeweils in Fahrrichtung vor den Empfangsköpfen befindet sich außerdem je ein Loschkopf
LK1 bzw. hK2.
-
Alle genannten Köpfe sind an dem Schienenfahrzeug so über der Fahrschiene
S angebracht, daß mit dieser eine magnetische Kopplung besteht. Der Sendekopf SK
ist aus einem U-förmigen Magnetsystem aufgebaut, das sich in Fahrrichtung erstreckt
und dessen beide Pole der Fahrschiene S zugewandt sind. Auf den beiden durch das
Magnetsystem gebildeten Schenkeln ist je eine Spule L1 bzw. L10 angeordnet. Zum
Impfen der Fahrschiene S mit magnetischen Kennzeichen wird über die beiden Spulen
L1 und L10 des Sendekopfes SK ein kurz andauerndes elektrisches
Signal
geschickt. Dabei'wird die Fahrschiene 5 in Längsrichtung magnetisiert. Für die beiden
Löschköpfe LK1 und LK2 kann das gleiche Magnetsystem verwendet werden, wie es bereits
für den Sendekopf SK beschrieben wurde. Die Spulen der beiden Löschköpfe LK1 und
LK2 sind mit einem Löschsignalgenerator (nicht dargestellt) verbunden, der eine
Wechselspannung vorgegebener Frequenz abgibt.
-
Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild die Sende-
und Empfangsköpfe in Verbindung mit weiteren, die Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung
ergänzenden Baugruppen. Ein Taktgenerator TG gibt Taktimpulse über einen einstellbaren
Frequenzteiler T und einen Signalgeber SG auf den Senf kopf SK. Für die Taktimpulse
des Taktgenerators TG ist eine so hohe Folgefrequenz vorgesehen, daß bei einem Teilerverhältnis
von 11=1 im Frequenzteiler T und unter Zugrundelegung der höchstzulässigen Fahrgeschwindigkeit
der Abstand der sagnetischen Kennzeichen auf der Fahrschiene S mindestens geringfügig
größer ist als der vorgegebene Abstand A der Empfangsköpfe EK1 und EK2 vom Send
kopf Sg. Als Signalgeber SG kann ein handelsüblicher Impulaverstärker dienen. Dem
einstellbaren Frequenzteiler T ist ferner ein Zeitmesser ZM nachgeschaltet, der
außerdem mit den beiden Empfangsköpfen EK1 und EK2 verbunden ist. Ein vom Frequenzteiler
T abgegebener Impuls, wirkt beim Zeitmesser ZM als Startsignal. Ein bei Empfangen
eines magnetischen Kennzeichens durch den Empfangskopf-Ek1 bzw. Eg2 abgegebenes
Signal wirkt beim Zeitmesser ZM dagegen als Stoppsignal. Der Zeitraum, der zwischen
dem Start-8igDal und dem Stoppsignal liegt, wird mit Meßzeit ta bezeichnest.
-
Rerner ist ein Dividierer DR vorgesehen; der den Quotienten aus dem
vorgegebenen Abstand A und der jeweiligen Meßzeit ta bildet. Der so ermittelte Rechenwert
repräsentiert die jeweilige Momentangeechwindigkeit v. Ein dem Dividierer DR nach
geordneter Speicher SR gibt an seinem Ausgang jeweils den zuletzt errechneten Wert
der Momentangeschwindigkeit v aus auf
den Steuereingang des' ejn'stellbaren
Frequenzteilers T und einen Integrierer IR. Der Frequenzteiler T -ist so aufgebaut,
daß bei kleineren Geschwindigkeiten als der höchstmöglichen das Teilerverhältnis
derart verändert wird, daß die Folgefrequenz der durch den Frequenzteiler T ausgegebenen
Impulse für den Signalgeber SG und den Zeitmesser ZM herabgesetzt wird,-derart,
daß der Abstand der magnetischen'Rennzeichen auf der Fahrschiene S stets mindestens
geringfügig größer ist als der vorgegebene Abstand A der Empfangsköpfe EK1 und EK2
vom Sendekopf SK.
-
Der Integrierer IR zur Teilwegermittlung aus den vom Speicher SR angebotenen
Geschwindigkeitswerten v ist in vorteil-.
-
hafter Weise so aufgebaut, daß bei nicht konstanter oberer Integrätionsgrenze
t1 stets bis zum Erreichen ein und-desselben Teilwegwertes integriert wird. Die
einzelnen Teilwegwerte werden in einer Zähleinrichtung Z summiert.
-
Bei der Beschreibung der Wirkungsweise der Einrichtung zur-Weg- und
Geschwindigkeitsmessung wird davon ausgegangen, daß sich das betreffende Schienenfahrzeug
in Fahrrichtung 1 aus dem Stillstand bewegt. Ein vom Abfahrauftrag abgeleitetes
oder manuell vorgegebenes Startkennzeich.en gelangt über die Klemme KL auf die Zähleinrichtung
Z, wodurch hier eine vorgegebene Grund.-stellung eingestellt wird. Das Startkennzeichen
dient weiterhin im Zeitmesser ZM als-besonderes Startsignal und gibt weiterhin Über
den Stgnalgeber SG und den Send.ekopf SK ein erstes magnetisches Kennzeichen vor.
Auf diese Art, und Weise ist bei dem bei Stillstand des Schienenfahrzeuges hohen
Teilerverhältnisses des Frequenzteilers T sichergestellt, daß gleich zu Fahrtbeginn
der Zeitmesser ZM gestartet wird. Zusätzlich dient das über die Klemme KL zugeführte
Startkennzeichen noch zum Einschalten des Taktgenerators TG.
-
Es ist aber auch eine Ausführungsform denkbar, bei der der Taktgenerator
TG und der nachgeordnete einstellbare Prequenzteiler T so aufgebaut sind, daß mit
dem Startkennzeichen über
die Klemme KL zum Einstellen der Zähleinrichtung
Z in eine vorgegebene Grundstellung der Frequenzteiler T ein erstes Ausgangssignal
abgibt. Bei einer derartigen Ausführungaform erübrigt sich die gesonderte Zuführung
des Startkennzeichens für den Signalgeber SG-sowie den Zeitmesser ZM.
-
Da die beiden Löschköpfe unabhängig von der jewcil,igen Fahrrichtung
durch Entmagnetisierung der Fahrschiene S dafür sorgen, daß keiner der beiden Empfangsköpfe
EK1 und EK2 magnetische Kennzeichen empfangen, die von vorausfahrenden Schienenfahrzeugen
abgegeben wurden, kann bei der Fahrrichtung 1 der Empfangskopf EK1 nur neue, durch
den Sendekopf SK geimpftemagnetische Kennzeichen empfangen. Das ist dann der Fall,
wenn sich das Schienenfahrzeug um den vorgegebenen Abstand A weiter bewegt hat.
Das dabei vom Empfangskopf EK1 abgegebene elektrische Signal wirkt beim Zeitmesser
ZM als Stoppsignal. Die ermittelte Meßzeit ta gelangt auf den Dividierer DR, der
aus dem vorgegebenen Abstand A und der genannten Meßzeit ta die momentane Geschwindigkeit
berechnet. Der Wert wird im Speicher SR so lange gespeichert und gleichzeitig ausgegeben,
bis durch den Dividierer DR ein neuer Wert ermittelt ist. Nach Vorgabe des ersten-
Geschwindigkeitswertes kann der Integrierer IR den ersten Teilweg bestimmen und
danach die Zähleinrichtung Z entsprechend fortschalten.
-
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Signalgebers SG..Der besondere, Vorteil liegt insbesondere darin, daß nur sehr
wenig Bauteile erforderlich sind. Ein Kondensator C liegt über einen ohmschen Widerstand
R auf positivem Potential einer Gleichspannung. An den Kondensator C sind die beiden
Spulen L1 und L2 des Sendekopfes 5K angeschlossen und über einen Thyristor TH gemeinsam
mit dem Kondensator C auf Masse-gelegt. Antiparallel zu dem Thyristor TH liegt eine
Diode D. Die beiden Spulen L1 und L2 bilden zusammen mit dem Thyristor TH einen
Entladestromkreis des Kondensators C, der jedoch erst dann einen Entladestrom führt,
wenn der Thyristor TH über seine Steuerelektrode ST
gezündet wird.
Dies ist dann der Fall, wenn vom einstellbaren Teiler T ein diesbezügliches Steuersignal
oder bei Fahrtbeginn über die Klemme KL das Startkennzeichen zugeführt wird. Nach
dem Zünden des Thyristors TH wird die Energie des Kondensators C mindestens teilweise-
im megnetischen Kreis des Sendekopfes SK gespeichert. Nach vollständiger Entladung
des Kondensators treibt die Induktivität des magnetischen-Kreises vom Sendekopf
SK den durch den Thyristor TH fließenden Strom so lange weiter, bis der Kondensator
C mit umgekehrter Polarität aufgeladen ist. Daraufhin kehrt sich die Stromrichtung
um, wobei der Kondensator C wieder entladen wird. Der Thyristor TH ist für diese
Stromrichtung gesperrt, so daß der Strom'nunmehr über die für diese Stromrichtung
leitende Diode D fließt. Da der Thyristor TH für weitere Schwingungsvorgänge zunächst
nicht erneut gezündet wird, gibt der Signalgeber SG nach jedem Auslösen nur einen
einzigen bipolaren Impuls ab. Hierdurch ist das dabei in die Fahr schiene S geimpfte
magnetische Kennzeichen dergestalt, daß beim Passieren der Empfangsköpfe EK1 und
EK2 auf diese ein in der Polarität einmal wechselndes Magnetfeld wirkt.
-
Der Wert des ohmschen Widerstandes R ist zweckmäßigerweise so niedrig
zu wählen, daß der Kondensator C bei den höchstvorkommenden Geschwindigkeiten und
der dabei nicht heruntergeteilten Folgefrequenz der Taktimpulse des Taktgenerators
TG stets ausreichend aufgeladen ist.
-
7 Patentansprüche 3 Figuren