DE2307455B2 - Anordnung zur kontinuierlichen messung des abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden spurgebundenen objekten - Google Patents

Description

Das Hauptpatent 21 39 617 betrifft eine Anordnung zur kontinuierlichen Messung des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden spurgebundenen und mit Sende- sowie Empfangseinrichtungen ausgerüsteten Objekten, wobei ein von einer Sendeeinrichtung des vorderen Objekts ausgesendetes elektrisches Signal defirierter Größe der eine definierte Empfindlichkeit aufweisenden Empfangseinrichtung des nachfolgenden Objekts überm'ttelt wird und die Sende- und Empfangseinrichtungen über eine ortsfest angeordnete, bedämpfte, homogene, elektrische Leitung mit definierten Dämptungseigenschaften gekoppelt sind.

Bei dieser Anordnung ist die Kopplung der Sende- und Empfangseinrichtungen mit der Leitung vorzugsweise auf induktivem Wege hergestellt, und zwar ist jeweils als Kopplungselement eine Spule mit zwei — Luftspalte begrenzenden — U-förmigen Eisenkernen gleicher Abmessungen vorgesehen, welche zu der die Luftspalte in Längsrichtung durchlaufenden Leitung symmetrisch angeordnet sind; die Spulenwicklung ist auf den beiden Eisenkernen symmetrisch verteilt. Bei einer derartigen Ausbildung der Spulen, also mit zwei beidseitig der Leitung einander gegenüberstehenden Eisenkernen kann zwangsläufig die Leitung nur an einer Längsseite am Fahrweg der Objekte befestigt werden. Es hat sich gezeigt, daß bei einer solchen einseitigen Halterung sich im Falle einer relativ breiten Leitung (z. B. mit drei Leitern), insbesondere wenn sie in Horizontallage angeordnet werden soll, ein genauer Verlauf derselben längs des Fahrweges nicht ohne Schwierigkeiten erreichen läßt. Geht man ferner davon aus, daß ein ideal genauer Verlauf der Leitung längs des Fahrweges praktisch überhaupt nicht erreichbar ist, dann muß jede Spule am zugehörigen Objekt so angebracht werden, daß sich ihre beiden Eisenkerne wenigstens im Stillstand des Objektes exakt zur Leitung bzw. zu ihrer Ebene in der Symmetrielage befinden, um somit bei Hubbewegungen des betreffenden Objektes an Orten mit von ihrer Soll-Lage zur Spule abweichen-

den Leitungsabschnitten ein Schleifen derselben an beiden Eisenkernen der Spule wenigstens weitgehend auszuschließen. Dies erfordert natürlich einen beträchtlichen Aufwand bei der Justierung dei einzeinen — im mechanischen Aufbau bzw. in den Abmessungen untereinander praktisch nicht völlig gleich herstellbaren — Spulen sämtlicher Objekte gegenüber der Leitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aufzuzeigen, wie sich bei einer Anordnung der eingangs genannten Art die vorbeschriebenen baulichen Schwierigkeiten zumindest beträchtlich vermindern lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die jeweils zur Kopplung dienende Spule mit einer nur auf einem U-förmigen Rahmenkern aus ferromagnetischem Material vorzugsweise symmetrisch verteilten Wicklung versehen ist.

Die Justierung einer solchen Spule gegenüber der Leitung ist naturgemäß wesentlich einfacher als bei der im Hauptpatent vorgeschlagenen Spule mit zwei Rahmenkernen, zwischen denen die Leitung durchläuft. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß man eine Leitung mit drei Leitern, also eine relativ breite Leitung über ihre ganze Brciie abstützen kann. Bei einer solchen Leitung kann beispielsweise auf cmc Aufständerung völlig verzichtet werden, d.h. die Leitung kann ohne weiteres am Fahrweg der Objekte in Horizontallage verlegt werden. Dies ist von großem Vorteil nicht nur hinsichtlich eines genauen Leaungsverlaufs längs des Fahrweges, sondern auch hinsichtlich der Wartung der Leitung, 7.. B. ihrer Reinigung ohne Beschädigungen. Im Falle einer Leitung mit zwei Leitern ist zwar nur eine einseitige Halterung möglich, weil dann vorzugsweise der Rahmenkern etwa parallel zur Leitung und mit seinen beiden Polschuhen symmetrisch zur Ebene der Leitung angeordnet sein wird. Diese Leitung kann jedoch grundsätzlich in Vertikallage am Fahrweg verlegt werden, was hinsichtlich der Verlegung in Kurven von Vorteil ist. Es wird ebenfalls keine — meist zu Lageungenauigkeiten führende — Aufständerung der Leitung erforderlich.

AusführungsLeispiele der Erfindung und in den Unteransprüchen gekennzeichneter Weiterbildungen werden anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch in

Fig. 1 im Querschnitt eine Leitung mit drei zueinander parallelen Leitern und eine Spule als Koppliingselement zwischen einer Sende- oder Empfangseinrichtung und der Leitung,

Fig. 2 die Leitung gemäß Fig. 1 zwischen einer Spule und einer parallel zur Leitung sich erstreckenden Schiene,

Fig. 3 die Spule gemäß Fig. 2 gegenüber einer Leitung mit zwei parallelen Leitern.

Die in Fig. 1 dargestellte Spule 21 ist das Kopplungselement zwischen einer Sendeeinrichtung 5 eines (nicht dargestellten) spurgebundenen Fahrzeuges und einer längs seines Fahrweges sich erstreckenden Leitung 22, in welche die ggf. als Transistor-Generator ausgebildete Sendeeinrichtung ständig ein elektrisches Signal in Form eines hochfrequenten Wechselstromes einkoppelt. Dieses Signal wird beispielsweise zur Abstandsicherung von einem dem (sendenden) Fahrzeug unmittelbar nachfolgenden Fahrzeug mittels einer in gleicher Weise mit der Leitung 22 gekoppelten Empfangseinrichtung empfangen (DT-Patent 21 39 617).

Die Wicklung 23 dieser Spule ist auf einen U-förmigen Rahmenkern 24 aus ferromagnetischeiTi Material (z. B. Ferrit) symmetrisch verteilt, welcher parallel zur Leitung 22 und, mit seinen beiden Polschuhen 25, symmetrisch zur vertikalen Längsmittelebene der Leitung angeordnet ist Bei der gewählten Ausbildung und Anordnung der Spule 21 werden die beiden (Leiter-) Schleifen 22' der Leitung 22 jeweils in gleichem Maße vom magnetischen Fluß durchsetzt. Der Streufluß ist auf ein geringstmögliches Maß reduziert bzw. im Vergleich zum Nutzfluß gering. Die Polflächen 26 der Polschuhe 25 sind zwecks Bündelung des magnetischen Flusses konkav ausgebildet.

Die Leitung 22 besteht aus drei in einer Ebene zueinander parallelen Leitern 27 mit rechteckförmigem Querschnitt (sog. Flachleiter aus Kupfer od.dgl), von denen die beiden äußeren zum mittleren Leiter denselben Abstand haben. Ferner sind die Leiter 27 über ihre gesamte Länge durch eine leitende Folie 16 untereinander leitend verbunden, wobei die Leitfähigkeit dieser Verbindung geringer als die der L.eiter ist. Wie bereits erwähnt, lassen sich mit einer derartigen Leitung 22 unter Verwendung von Sende- und Empfangseinrichtungen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen messen. Für den Fall, daß die Fahrzeuge und damit die betreffenden Spulen 21 ihrer Sendeeinrichtungen 5 (und ihrer Empfangseinrichtungen) seitliche Bewegungen oder Hubbewegungen gegenüber der Leitung 22 ausführen, ist zwischen den beiden Polschuhen 25 des Rahmenkernes 24 jeder Spule 21 eine vom selben Strom wie ihre Wicklung 23 durchfiossene Hilfsspule 28 angeordnet. Diese ggf. über eine Isolation am Rahmenkern 24 befestigte Hilfsspule 28 ist als sog. Langspule ausgebildet, wobei sich die einzelnen Leiterwindungen 29 ihrer Wicklung 30, auf einem Spulenkörper 31 (ggf. aus ferromagnetischem Material) in Längsrichtung des Rahmenkernes 24 bzw. seiner Polschuhe 25 erstrecken. Die Wicklung 30 kann beispielsweise mit der auf dem Rahmenkern 24 angeordneten Wicklung 23 in Reihe geschaltet sein. Durch diese Hilfsspule 28 wird bei entsprechender Windungszahl, Form und Breite erreicht, daß in dem von ihr zusammen mit der Spule 21 erzeugten Magnetfeld die Feldlinien zumindest in der Mitte der Leitung 22 (im Bereich ihres mittleren Leiters 27) parallel zur Leitung verlaufen. Wenigstens innerhalb dieses Bereiches ändern somit seitliche Bewegungen der Spule 21 nicht die durch sie in der Leitung induzierte Spannung. Falls es sich bei den Fahrzeugen um solche handelt, welche Hubbewegungen gegenüber der Leitung 22 ausführen, dann wird man die Hilfsspule 28 so polen, daß die Feldlinien ihres Magnetfeldes in entgegengesetzter Richtung zu den Feldlinien des Magnetfeldes der Spule 21 verlaufen. Dann wird nämlich im genannten mittleren Bereich der Leitung 22 ein annähernd feldfreier Raum erzielt. Die Folge ist, daß Hubbewegungen der Spule 21 im wesentlichen nicht zu einer Änderung der durch sie in der Leitung 22 induzierten Spannung führen. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß zur Erzielung der vorgenannten Effekte zwischen den Polschuhen 25 des Rahmenkernes 24 auch mehrere Hilfsspulen vorgesehen sein können. Schließlich braucht der Spulenkörper 31 nicht aus magnetischem Material zu bestehen.

Um bei der beschriebenen Kopplung der Sendeeinrichtung 5 (oder einer Empfangseinrichtung) mit der Leitung 22 unter Verwendung einer Spule mit nur einem Rahmenkern 24 die Verkopplung mit der Leitung zu verbessern, ist gemäß F i g. 2 unterhalb der Leitung eine

in Längsrichtung derselben sich erstreckende Schiene 32 aus ferromagnetischem Material als magnetischer Rückschluß der Spule 33 vorgesehen. Diese Spule 33 entspricht im Aufbau und in der Anordnung (gegenüber der Leitung 22) im wesentlichen der vorbeschriebenen Spule 21. Die Polschuhe 34 der Spule 33 begrenzen also mit der Schiene 32 Luftspalte 35, welche die Leitung 22 in Längsrichtung durchläuft. Die Schiene 32 ist dabei symmetrisch zur vertikalen Längsmittelebene der Leitung 22 angeordnet, die Längsmittelebene der Schiene und die der Leitung fallen also zusammen. Wie aus Fig. 2 des weiteren ersichtlich, sind die Polschuhe 34 der Spule 33 bzw. ihres Rahmenkernes 24 — im Unterschied zur Spule 21 gemäß Fig. 1 —an den Polflächen 36 (ggf. unter Zwischenschaltung einer Isolation) jeweils mit einer in Längsrichtung der Polflächen sich erstreckenden Leiterschleife 37 versehen, bei welcher der Abstand zwischen ihren beiden Leitern 38 geringer ist als die Breite der zugeordneten Polfläche. Die in diesen Leiterschleifen 37 induzierte Spannung ist zur Gegenkopplung der zur Spule 33 gehörigen Sendeeinrichtung 5 vorgesehen oder, falls die Spule 33 einer Empfangseinrichtung zugeordnet ist, zur Gegenkopplung ihres Verstärkers: Bei der Anordnung nach F i g. 2 (mit magnetischem Rückschluß) ändert sich nämlich im Gegensatz zu derjenigen nach Fig. 1 etwa bei Hubbewegungen der Spule 33 gegenüber der Leitung 22 das Verhältnis Nutzfluß/Streufluß. Deshalb wird man die Sendeeinrichtung 5 (bzw. den Verstärker der Empfangseinrichtung) mit einer Spannung gegenkoppeln, die im wesentlichen nur dem Nutzfluß proportional ist. Diese Spannung wird mittels der Leiterschleifen 37 erhalten. In diesem Fall ist der Nutzfluß proportional dem Signal, welches dem Eingang der Sendeeinrichtung 5 (bzw. dem Eingang des Verstärkers einer Empfangseinrichtung) zugeführt wird. also proportional dem in die Leitung 22 einzukoppelnden (bzw. dem der Leitung entnommenen) Signal. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die Gegenkopplung der Sendeeinrichtung 5 (bzw. des Verstärkers der Empfangseinrichtung) auch, ggf. zusätzlich, mit einer Spannung durchführbar ist, die in einer zwischen den beiden Polschuhen des Rahmenkernes 24 angeordneten Hilfsspule induziert wird. Diese nicht dargestellte Hilfsspule entspricht, ggf. mit Ausnahme der Anzahl der Leiterwindungen ihrer Wicklung, nach Aufbau und Anordnung im wesentlichen der bereits beschriebenen Hilfsspule 28 (F i g. 1 bis 3) und kann anstelle dieser oder auch zusätzlich vorgesehen werden. Im Gegensatz zu dieser wird jedoch die (weitere) Hilfsspule nicht vom Strom der Wicklung 23 durchflossen, sondern lediglich vom Streufluß der Polschuhe (der Spule 21 oder 33) durchsetzt Die in der (weiteren) Hilfsspule induzierte Spannung ist also ein Maß für den jeweiligen Streufluß der Polschuhe und kann somit Änderungen des Streuflusses aufzeigen. Diese Änderungen des Streuflusses sind naturgemäß abhängig von der jeweiligen Lage der Spule (21 oder 33) bzw. ihres Rahmenkernes 24 gegenüber der Leitung. Somit ist es bei zusätzlicher Einführung der in der (weiteren) Hilfsspule induzierten Spannung in die genannte Gegenkopplung der Sendeeinrichtung 5 (oder des Verstärkers der Empfangseinrichtung) möglich, Änderungen (infolge Lageänderungen der Spule 21 oder 33 gegenüber der Leitung) des in der Leitung eingekoppelten Signals (bzw. des von ihr abgenommenen Signals) zu kompensieren.

ίο Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung wird zweckmäßig die Schiene 32 zugleich Träger der Leitung 22 sein. Hierbei kann sich die Leitung 22 mittels einer (nicht dargestellten) isolierenden Umhüllung aus Kunststoff od. dgl. im wesentlichen über die gesamte Breite

'5 auf der Schiene 32 abstützen. Ferner ist die gewählte Form des magnetischen Rückschlusses nicht bindend: Dazu können auch zwei in einer Ebene zueinander parallel angeordnete, ggf. noch im Querschnitt L-förmige Schienen vorgesehen werden, welche miteinander

2« einen in Längsrichtung der Leitung verlaufenden Luftspalt begrenzen. Durch diesen Luftspalt erhält man hinsichtlich Querbewegungen der Spule 33 gegenüber der Leitung 22 eine günstigere Ausbildung des magnetischen Feldes für die Verkopplung zwischen der Spule und der Leitung.

Schließlich zeigt Fig. 3 eine Anordnung zur Kopplung der Sendeeinrichtung 5 (oder einer Empfangseinrichtung) mit einer Leitung 39, welche nur zwei parallele und durch eine leitende Folie 40 untereinander (leitend) verbundene Leiter 41 aufweist. Im Unterschied zur Anordnung nach Fig. 2 ist hierbei der Rahmenkern 24 der Spuie 33 parallel zur Leitung 39 und. mit seinen beiden Polschuhen 34. symmetrisch zur Ebene der Leitung angeordnet. Demgemäß wird ein stationärer Rückschluß aus zwei im Querschnitt L-förmigen und zur Ebene der Leitung 39 symmetrisch angeordneten Schienen 42 gewählt, deren der Leitung cntgcgcngerichtete Schenkel 43 jeweils symmetrisch zur vertikalen Längsmittelebene der Leitung angeordnet sind. Die Schienen 42 begrenzen einerseits miteinander einen von der Leitung 39 durchlaufenen Luftspalt 44 und andererseits mit den Polschuhen 34 des Rahmenkernes 24 jeweils einen Luftspalt 45. Auch durch einen derartigen Rückschluß wird gegenüber einer Anordnung ohne Rückschluß naturgemäß eine wesentlich bessere Verkopplung der Spule 33 mit der Leitung 39 erzielt. Zwecks Bündelung des magnetischen Flusses in den Luftspalten 45 ist für die den Polschuhen 34 entgegengerichteten Schenkel 46 der Schienen 42 jeweils eine geringere Breite gewählt als für den jeweiligen Polschuh. Diese Ausbildung ist jedoch nicht bindend.

Was die vorbeschriebenen Hilfsspulen betrifft, so sind diese natürlich auch bei Anordnungen von Vorteil, bei denen als Kopplungselement zwischen Sende- und Empfangseinrichtungen und einer Leitung Spulen mit zwei U-förmigen Eisenkernen vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (13)

'f Patentansprüche:

1. Anordnung zur kontinuierlichen Messung des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden spurgebundenen und mit Sende- sowie Empfangseinrichtungen ausgerüsteten Objekten, wobei ein von einer Sendeeinrichtung des vorderen Objekts ausgesendetes elektrisches Signal definierter Größe der eine definierte Empfindlichkeit aufweisenden Empfangseinrichtung des nachfolgenden Objekts übermittelt wird, die Sende- und Empfangseinrichtungen über eine ortsfest angeordnete, bedämpfte, homogene, elektrische Leitung mit definierten Dämpfungseigenschaften gekoppeil sind und die Kopplung der Sende- und Empfangseinrichtungen mit der Leitung durch Spulen mit Rahmenkernen aus ferromagnetischem Material hergestellt ist, gemäß Patent21 39 617, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zur Kopplung dienende Spule (2ί, 33) mit einer nur auf einem U-förmigen Rahmenkern (24) aus ferromagnetischem Material vorzugsweise symmetrisch verteilten Wicklung (23) versehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1 bei einer Leitung mit zwei Leitern, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmenkern (24) etwa parallel zur Leitung (39) und. mit seinen beiden Polschuhen (34). symmetrisch zur Ebene der Leitung angeordnet ist

3. Anordnung nach Anspruch 1 bei einer Leitung aus drei in einer Ebene zueinander parallelen Leitern, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmenkern (24) etwa parallel z;ir Leitung (22) und, mit seinen beiden Polschuhen (25, 34), symmetrisch zur vertikalen Längsmittelebene der Leitung angeordnet ist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichne:, daß /wischen den beiden Polschuhen (25, 34) des Rahmenkernes (24) wenigstens eine vorzugsweise vom selben Strom wie seine Wicklung (23) durchflossene Hilfsspule (28) mit in Längsrichtung des Rahmenkernes sich erstreckende Leiterwindungen (29) angeordnet ist.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der beiden Polschuhe, vorzugsweise zwischen den beiden Polschuhen des Rahmenkernes wenigstens eine Hilfsspule — mit in Längsrichtung des Rahmenkernes sich erstreckenden Leiterwindungen — als Detektor für Änderungen des Streuflusses der Polschuhe angeordnet ist.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (25, 34) des Rahmenkernes (24) mit wenigstens einer etwa parallel zur Leitung (22, 39) sich erstreckenden itationären Schiene (32, 42) aus ferromagnetischem Material als magnetischer Rückschluß der Spulen (21,33) Luftspalte (35,45) begrenzen.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Polschuh (34) an seiner Polfläche (36) wenigstens mit einer in deren Längsrichtung sich erstreckenden Leiterschleife (37) versehen ist, bei welcher der Abstand zwischen den beiden Leitern (38) geringer ist als die Breite der Polfläche.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (32) symmetrisch zur vertikalen Längsmittelebene der die Luftspalte (35) durchlaufenden Leitung (22) angeordnet ist.

9. Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Rückschluß aus zwei im Querschnitt etwa L-förmigen und zur Ebene der Leitung (39) symmetrisch angeordneten Schienen (42) gebildet wird, welche einerseits miteinander einen von der Leitung durchlaufenen Luftspalt (44) und andererseits mit den Polschuhen (34) jedes Rahmenkernes (24) Luftspalte (45) begrenzen.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die der Leitung (39) entgegengerichteten Schenkel (43) der Schienen (42) jeweils symmetrisch zur vertikalen Längsmittelebene der Leitung (39) angeordnet sind.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den Polschuhen (34) entgegengerichteten Schenkel (46) der Schienen (42) jeweils eine geringere Breite als der zugeordnete Polschuh haben.

12. Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis 7 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen (26, 36) der Polschuhe (25,34) konkav ausgebildet sind.

13. Anordnung nach den Ansprüchen 6 und 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (32) zugleich Träger der Leitung (22) ist.