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Ultraschall-Schienenkontakteinrichtung in Eisenbahnsicherungsanlagen
Die Erfindung betrifft eine Schienenkontakteinrichtung in Eisenbahnsicherungsanlagen,
insbesondere für hchszähleinrichtungen, bei der die Schallübertragung von einem
Ultraschall sender zu einem Ultraschallempfänger durch vorbeirollende Räder beeinflußt
wird0 Schienenkontakte stellen die Anwesenheit von Schienenfahrzeugen an bestimmten
Überwachungsstellen der Gleise fest, indem durch das Vorbeilaufen der zu den Schienenfahrzeugen
gehörenden Achsen an den betreffenden Stellen die Schienenkontakte durch Radteile
beeinflußt werden. Die Beeinflussungen werden in den Schienenkontakteinrichtungen
in elektrische Kennzeichen, in sogenannte Achsimpulse, umgewandelt und zu Auswerteeinrichtungen
weitergeleitet.
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Eine solche Auswerteeinrichtung kann beispielsweise eine Ächszähleinrichtung
sein, mit der ein durch Schienenkontakte begrenzter Gleisabschnitt auf seinen Frei-
und Besetztzustand überwacht wird0 Für diesen Anwendungsfall sind magnetische Schienenkontakteinrichtungen
bekannt, bei denen durch Dauermagnete bzw.
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Elektromagnete erzeugte Felder oder durch mit Wechselstrom erregte
Magnetfelder von den einwirkenden Radern beeinflußt worden. Diese Beeinflussungen
werden dann in Achsimpulse umgewandelt und den Schienenkontakten nachgeschalteten
Achszähleinrichtungen
als "einfahrende Achsen" bzw. als "ausfahrende chsen" zugeleitet.
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Diese bekannten xinrichtungen haben den Nachteil, daß durch magnetische
Störfelder, die beispielsvseise durch in den Schienen fließende Triebströme erzeugt
werden können, von diesen Schienenkontakteinrichtungen zusätzliche Achsimpulse abgegeben
werden, die durch ihre Einwirkung auf die schszähleinrichtungen den betriebsablauf
behindern bzw. den Fahrbetrieb gefährden können, indem ein freier Gleisabschnitt
besetzt bzw. ein besetztes Gleis freigemeldet wird.
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Cm Fehlzählungen durch magnetische Störfelder zu vermeiden, werden
bei einer bekannten Einrichtung zur Achszählung im Eisenbahnsicherungswesen (DT-OS
1 530 463) ein Ultraschallender und ein @ltraschallempfänger so am Gleis angeoranet,
daß das Rad einer sich vorbeibewegenden Achse den Schallübertragungsweg unterbricht.
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Diese bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil, da die Schallübertragung
oberhalb der Schienenköpfe erfolgt, daß durch an den Fahrzeugen herabhängende Teile
zusätzliche Achsimpulse erzeugt erden können, die die Zählergebnisfe in den nachgeschalteten
Achszähleinrichtungen verfälschen.
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Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Schienenkontakteinrichtungen
zu beseitigen. Der Erfindung liegt die rufgabe zugrunde, eine Schienenkontakteinrichtung
zu erstellen, die unempfindlich gegen magnetische Störfelder ist und bei der außerhalb
der Schiene, im Überwachungsbereich des Schienenkontaktes sich bewegende Teile die
Einrichtung nicht beeinflussen können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ultraschallsender
und der Ultraschallecrspfinger derartig im
bereich des Schienenkopfes
einer schiene angeordnet sind, -daß die Schallübertragung vom Sender nach dem Empfänger
innerhalb des Schienenkopfes erfolgt.
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In der weiteren @usgestaltung der Erfindung kann der Ultraschallsender
und der Ultraschallempfänger in einem derartigen Winkel zur Lauffläche des behienenkopfes
angeordnet werden, daß die zum Empfänger übertragenen Schallwellen an der Lauffläche
der Schiene (Grenzfläche zwischen Metall und Luft) reflektiert werden.
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Es kann auch zweckmäßig sein, die Erequenz des von dem Ultraschallsender
abgestrahlten Ultraschalls so zu wählen, daß sich im Schienenkopf stehende @ellen
ausbilden.
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bei einer solchen Ausfiihrung wird eine Einrichtung mit kleinen Abmessungen
und geringem Gewicht dann erreicht, wenn die Ultraschall-Sendeeinrichtung auch als
Empfangseinrichtung verwendet wird In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung können
der U1-traschallsender und der Empfänger am Schienensteg im Bereich zwischen Schienenkopf
und dem Schienenfuß bzwÕ die Schallköpfe des Ultraschallsenders und des Empfängers
in Ausnehmungen des Schienenkopfes von der an den Schienensteg anschlies senden
Fläche her angeordnet werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, um kleine Abmessungen der Schienenkontakteinrichtung
zu erreichen, zur Abgabe und zur Aufnahme der Ultraschallenergie piezoelektrische
Vorrichtungen zu verwenden0 Die Erfindung sei anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen
sind nur
die Teile der Einrichtung aufgenommen, die für das Verständnis der Erfindung unbedingt
eriorderlich sind. Es zeigen: Fig. 1 einen möglichen Schallübertragungsweg vom Ultraschallsender
zu dem Empfänger und Fig0 2 und Fig. 3 verschiedene Anordnungsbeispiele der Sende-
und Empfangseinrichtungen an einer Schiene.
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In Fig0 1 ist von einer Schiene lediglich der Schienenkopf SK dargestellt,
an dem der Ultraschallsender S und der Ultraschallempfänger E beispielsweise so
in der Längsrichtung der Schiene angeordnet sind, daß der von dem Sender S abgestrahlte
Ultraschall den in der Pfeilrichtung angegebenen Weg zur Lauffläche SL des Schienenkopfes
SK durchläuft, an der Grenzfläche zwischen Metall und Luft reflektiert und vom Empfänger
E aufgenommen wird.
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Wird die Lauffläche SL des Schienenkopfes SK an der Reflexionsstelle
von einem Rad R überrollt, so ändert sich die Schalldurchlässigkeit der Schiene
an der Reflexionsstelle. Ein Teil der Ultraschallenergie tritt in das Rad R ein
und die bei unbeeinflußtem Zustand im Ultraschallempfänger E aufgenommene Ultraschallenergie
wird um diesen in das Rad eintretenden Teil verringert. Diese Änderungen der an
den Empfänger E abgegebenen Ultraschallenergie wird in der Empfangseinrichtung in
Kennzeichen für an der dberwachungsstelle vorbeirollende Fahrzeugachsen umgewandelt.
Bei diesem Verfahren arbeitet der Ultraschallsender im Dauerbetrieb Die erfindungsgemäße
Einrichtung kann auch nach dem Echolotverfahren betrieben werden, wobei die Veränderung
des U1-traschallechos an der Reflexionsstelle des Schienenkopfes beim Überrollen
eines Rades in Kennzeichen für die Anwesenheit der Fahrzeugachse umgewande wird.
Der Ultraschallsender
arbeitet hierbei im Impulsbetrieb. Die Impulsfolge
ist so hoch zu wählen, daß bei der kürzesten Einwirkdauer eines vorbeirollenden
Rades noch eine sichere Auswertung möglich ist.
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Bei dem Echolotverfahren ist es möglich, die Fahrrichtung und die
Fahrtgeschwindigkeit eines sich über die Überwachungsstelle bewegenden Fahrzeuges
durch die zeitliche Änderung der Echoimpulse infolge der Radgeschwindigkeit bzw.
durch den Loppler-Effekt zu ermitteln.
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Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ein Resonanzverfahren
verwendet werden, bei dem die Frequenz des von dem Ultraschallsender abgestrahlten
Ultraschalls so gewählt wird, daß sich im Schienenkopf stehende Wellen ausbilden,
wobei es vorteilhaft ist, diesen zustand bei nicht befahrener Überwachungsstelle
zu verwenden. Die stehenden Wellen bilden sich bei entsprechenden Längen des-Ultraschallweges
aus, de beim Überrollen eines Rades verändert wird0 Bei der Verwendung dieses Verfahrens
ist es vorteilhaft, den Ultraschallsender und den Ultraschallempfänger nach Figo3
beispielsweise am Schienensteg SS im Bereich zwischen dem Schienenkopf SK und dem
Schienenfuß SF anzuordnen. Hierbei kann als Sender S1 und als Empfänger El eine
gemeinsame Sende- und Empfangseinrichtung verwendet werden. Als Kriterium für ein
vorbeirollendes Rad wird dann die Größe der abgegebenen Leistung des Ultraschallsenders
benützt, in dem durch die Empfangseinrichtung die Änderungen der abgegebenen Leistung
festgestellt wird. Die Änderungen werden dadurch bewirkt, daß die abgegebene Leistung
des Ultraschallsenders beim Einwirken eines Rades ansteigt, da durch die Veränderungen
des Ultraschallweges die Resonanzbedingungen für die Ultraschallübertragung gestört
werden.
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Weiterhin ist es möglich, die änderung der Materialstruktur der Schiene
durch den Druck des Rades auf die Schiene zur Einwirkung auf die zum Empfänger hin
übertragene Ultraschallenergie zu verwenden, da die Strukturveränderungen des Schienenkopfes
die Laufzeit- und Reflexionsbedingungen für den Ultraschall beeinflussen. Diese
beeinflussung des vom Empfänger aufgenommenen Ultraschalls wird als Kriterium für
das uberfahren der @berwachungsstelle ausgewertet.
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In der Fig. 2 ist eine weitere mögliche Anordnung von Ultraschall
sender S und Empfänger E an einer Schiene wC dargestellt. Bei dieser Anordnung sind
Ausnehmungen A1 und A2 in dem Schienenkopf SK von den an den Schienensteg SS anschließenden
Flächen her angeordnets in die nur die Schallköpfe des Ultraschallsenders bzw. des
Ultraschallempfängers eingebracht werden. Die Ausnehmungen Al und A2 b:.W die Flächen
zwischen den Schallköpfen und der Schall-Eintritts-bzw. Austrittsfläche im Schienenkopf
sinQ so ausgebildet, daß der von dem Wender zu dem Empfänger übertragene bltraschall
an der Lauffläche der Schiene reflektiert wird.
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Bei entsprechenden Anordnungen der Aussparungen können Sender und
Empfänger auf ein und derselben Seite des Schiene nensteges im Schienenkopf angeordnet
sein.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, von den Sende- und en @mpfangseinrichtungen
nur die Sender und die Empfänger am Schiene profil zu befestigen und die elektrische
Versorgung bzw.
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die Empfangseinrichtung der Ultraschallköpfe in Gleisanschlußkästen
unterzubringen.
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Da beim Befahren der Gleise wesentliche Erschütterungen an den Schienen
auftreten, werden nach der Erfindung zur Abgabe und zur Aufnahme der Ultraschallenergie
piezoelektrische Vc -richtungen verwendet, die es ermöglichen, die Abmessungen und
das Gewicht der an der Schi ne angeordneten Schienenkontaktteile klein bzw. gering
zu halten.
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7 Patentansprüche 2 Blatt Zeichnungen