DE2458894A1 - Wegimpulsgeber - Google Patents

Description

• Wegimpulsgeber Die Erfindung betrifft einen Wegimpulsgeber für eine Einrichtung zur Weg-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsmessung vorzugsweise auf Eisenbahnfahrzeugen, bei dem ein mit einem Fahrzeugrad gekuppeltes Teil von einem Schwingungsgenerator erzeugte, einer Auswerteeinrichtung zugeführte Signale vorgegebener Frequenz innerhalb vorgegebener Grenzen frequenzmoduliert.
• Zur Ermittlung von Weg-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsangaben auf Fahrzeugen erweist es sich als vorteilhaft, als Bezugsgröße hierzu die Drehbewegung eines oder mehrerer Fahrzeugräder zu wählen.
• Es ist bekannt, für derartige Messungen im wesentlichen mechanisch arbeitende Einrichtungen vorzusehen, die den Vorteil einer einfachen Bauweise haben, jedoch aufgrund ihres hohen Verschleißes in der Eisenbahntechnik wenig sinnvoll einzusetzen sind.
• Es ist ferner bekannt, zur kontaktlosen Impulsgabe Anordnungen von Spulen und Magneten einzusetzen. Hierdurch wird zwar eine robuste Bauweise ermöglicht, dafür jedoch wird bei geringen Drehzahlen auch nur eine geringe Spannung in den Spulen induziert, so daß beispielsweise eine Wegmessung, die durch Zählen der Einzelimpulse erfolgt, unzuverlässig wird.
• Dieser Nachteil wird bei einer weiteren bekannten Einrichtung vermieden, die aus einer Anordnung von Magneten und Feldplatten besteht. Die Feldplatten sind dabei an eine feste Spannungsquelle angeschlossen und ändern ihren Widerstand magnetfeldabhängig. Jede Drehzahl wird als Frequenz einer Spannung oder eines Stromes bestimmter Größe abgebildet. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß Störungen des Impulsgebers und die Drehzahl "0" nicht unterscheidbar sind, wodurch der Einsatz für die Eisenbahn nicht zweckmäßig erscheint.
• Aus der DT-PS 1 294 415 ist eine Einrichtung bekannt, bei der eine Stillstandsüberwachung möglich ist. Ein mit dem Fahrzeugrad gekuppeltes Teil wirkt induktiv oder kapazitiv auf einen LC-Generator ein.Es erfolgt eine Frequenzmodulation proportional der Raddrehzahl. Diese Einrichtung erfüllt zwar die Anforderungen des Eisenbahnwesens, allerdings ist eine Bewegungsrichtungserkennung nicht ohne weiteres möglich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wegimpulsgeber zu schaffen, der den Sicherheitsanforderungen des Eisenbahnwesens voll genügt und gegenüber der letztgenannten Einrichtung (DT-PS 1 294 415), bei der das mit dem Rad gekuppelte Teil mit Ferritkernen bestückt werden mußte, einfacher und damit weniger störanfällig zu gestalten ist.
• Zusätzlich soll eine Fahrtrichtungserkennung möglich sein.
• Es soll ein Generator verwendet werden, der billiger in der Anschaffung ist und weniger Raum beansprucht als der bisher verwendete LC-Generator.
• Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schwingungsgenerator als an sich bekannter RC-Generator ausgebildet ist und daß das mit dem Fahrzeugrad gekuppelte Teil den Betrag des frequenzbestimmenden Widerstandes und/ oder den Betrag der Kapazität des frequenzbestimmenden Kondensators des RC-Generators in vorbestimmten Grenzen verändert.
• Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist als frequenzbestimmender Widerstand des RC-Generators ein magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand vorgesehen. Eine raddrehzahlabhängige Frequenzmodulation des vorgesehenen RC-Generators läßt sich auf mehrere Arten realisieren. Beispielsweise ist es möglich, einen oder mehrere Magnete mit der Raddrehzahl umlaufen zu lassen und an einem feststehenden magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstand vorbeizubewegen. Ebenso ist es auch möglich, eine umgekehrte räumliche Zuordnung einer solchen Anordnung zu treffen.
• Eine besonders einfache Möglichkeit, ein durch die Raddrehzahl beeinflußbares Magnetfeld zu erzeugen, besteht nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darin, daß der magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstand sich in einem Magnetkreis befindet, dessen magnetischer Widerstand durch eine mit einem Fahrzeugrad verbundene Steuerscheibe beeinflußt wird.
• Eine Fahrtrichtungserkennung läßt sich auf mehrere Arten durchführen. Wenn man von nicht elektrisch arbeitenden Einrichtungen absieht, liegt allen Einrichtungen für die Fahrtrichtungserkennung das Prinzip zugrunde, daß das Gebersignal für beide Bewegungseinrichtungen bei gleicher Geschwindigkeit trotz einer gleichen Grundfrequenz Merkmale für eine Unterscheidungsmöglichkeit der beiden Bewegungsrichtungen aufweisen muß.
• Beispielsweise kann die nach der Erfindung vorgesehene Steuerscheibe gleichmäßig über den Umfang verteilte unsymmetrische Erhebungen aufweisen, die an einer Aufnahmeeinrichtung vorbeibewegt werden. Denkbar ist beispielsweise eine Sägezahnform dieser Erhebungen. Je nach Drehrichtung der Steuerscheibe würde dann der den magnetfeldabhängigen Halbleiter steuernde magnetische Fluß einer steigenden oder fallenden Sägezahnkurve folgen. Eine dem RC-Generator nachgeschaltete Auswerteschaltung, z.B. eine Folge aus FM-Demodulator, Differenzierglied, Tiefpaß und Meßinstrument, könnte die Bewegungsrichtung dann leicht ermitteln.
• Denkbar ist auch eine treppenförmige Beeinflussung der magnetischen Feldstärke durch eine zwei- oder mehrstufig ausgebildete Steuerscheibe. Aus der durch sie verursachten Frequenzsprungfolge des RC-Generators ließe sich ebenfalls die Bewegungsrichtung ermitteln.
• Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist eine Steuerscheibe mit einem Topfrand vorgesehen, der gleichmäßig über den Umfang verteilt zinnenförmige Erhebungen aufweist.
• Wenn die Steuerscheibe bei Dre'nung dabei die magnetische Feldstärke nach einer Rechteckkurve beeinflußt, dient zur Richtungserkennung ein weiterer magnetfeldabhängiger Halbleiter widerstand, der beispielsweise neben dem ersten angeordnet ist und einen zweiten RC-Generator beeinflußt. Es kann dann aus der Frequenzsprungfolge die Bewegungsrichtung ermittelt werden. Dabei erweist es sich als zweckmäßig, wenn die RC-Generatoren zur besseren Trennung Signale in voneinander verschiedenen Frequenzbändern abgeben.
• Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Wegimpulsgeber sich äußerst robust und raumsparend aufbauen läßt.Seine einzelnen Elemente kommen vielfach in der Technik zum Einsatz, sind erprobt, bewährt und kostengünstig zu erstellen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden naher beschrieben.
• Es zeigen Fig. 1 einen Wegimpulsgeber in der Vorderansicht mit zwei RC-Generatoren für die Fahrtrichtungserkennung, Fig. 2 eine Seitenansicht der Steuerscheibe des Wegimpulsgebers nach Fig. 1.
• In Fig. 1 ist eine Steuerscheibe 1 mit gleichmäßig über den Umfang ausgebildeten Zinnen dargestellt. Die Steuerscheibe 1 ist durch die Welle 2 mit einem Fahrzeugrad gekuppelt.
• Sie befindet sich in einem magnetischen Kreis, der aus den Permanentmagneten 3 und 4, einem Oberjoch 5 und einem Unterjoch 6 aus Weicheisen besteht. Im Oberjoch 5 sind gegenüber der Steuerscheibe 1 ein erster magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand R1 und ein zweiter magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand R2 angeordnet. Bis auf die Steuerscheibe 1 kann bei dieser Anordnung auf bekannte Feldplattenpotentiometer zurückgegriffen werden.
• Der erste magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstand R1 bildet zusammen mit dem Kondensator C1 und den drei Negatoren A, B, C als RC-Generator einen ersten astabilen unsymmetrischen Multivibrator. Der magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstand R2 bildet zusammen mit dem Kondensator C2 und den Negatoren D, E, F einen zweiten astabilen unsymmetrischen Multivibrator (RC-Generator). Die Frequenz der beiden RC-Generatoren kann in etwa angegeben werden als mit Rx: frequenzbestimmender Widerstand Cx: frequenzbestimmende Kapazität Eine ausführliche Beschreibung der Funktionsweise der an sich bekannten RC-Generatoren findet sich bei Karl Reiß, Integrierte Digitalbausteine, Kleines Praktikum, Siemens AG, 2. Auflage, 1972, Seiten 416 - 417.
• Die Negatoren A bis F sind integrierte Digitalbausteine.
• Die Kondensatoren C1 und C2 sind diskrete Bauelemente.
• Die Ausgänge der beiden Multivibratoren werden einer Auswerteeinrichtung 7 zugeleitet. Die Auswerteeinrichtung 7 ermittelt aus dem während des Drehvorganges durch die zinnenförmig ausgebildete Steuerscheibe 1 frequenzmodulierten Signal jedes der beiden RC-Generatoren Wegimpulse. Die Anzahl der Wegimpulse pro Steuerscheibenumdrehung entspricht dabei der Anzahl ihrer Zinnen. Aus den Wegimpulsen werden in gleicher Weise wie in der DT-PS 1 294 415 eg und Geschwindigkeit des Fahrzeuges ermittelt. Durch eine Differenziereinrichtung wird die Beschleunigung ermittelt.
• Aus der Frequenzsprungfolge beider RC-Generatoren gewinnt die Auswerteeinrichtung 7 die Fahrtrichtungsinformation.
• Die Anzeige von Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Fahrtrichtung erfolgt durch eine Anzeigevorrichtung 8, die an die Auswerteeinrichtung 7 angeschlossen ist.
• Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es ist auch denkbar, einen beliebigen RC-Generator zu verwenden.
• Insbesondere ist es auch denkbar, daß das mit dem Fahrzeugrad gekoppelte Teil den Betrag der Kapazität des frequenzbestimmenden Kondensators des RC-Generators in vorbestimmten Grenzen verändert. Durch die einfache Bauweise des erfindungsgemäßen Wegimpulsgebers bietet es sich auch an, zur Schlupfmessung eines antreibenden oder bremsenden Fahrzeugrades für dieses einen Wegimpulsgeber vorzusehen, dessen Wegimpulse mit denen eines anein Laufrad gekuppelten Wegimpulsgebers verglichen werden.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   g Wegimpulsgeber für eine Einrichtung zur Weg-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsmessung vorzugsweise auf Eisenbahnfahrzeugen, bei dem ein mit einem Fahrzeugrad gekuppeltes Teil von einem Schwingungsgenerator erzeugte, einer Auswerteeinrichtung zugeführte Signale vorgegebener Frequenz innerhalb vorgegebener Grenzen frequenzmoduliert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß der Schwingungsgenerator als an sich bekannter RC-Generator ausgebildet ist und daß das mit dem Fahrzeugrad gekuppelte Teil (1) den Betrag des frequenzbestimmenden Widerstandes (R1) und/oder den Betrag der Kapazität des frequenzbestimmenden Kondensators (C1) des RC-Generators in vorbestimmten Grenzen verändert.
2. 2. Wegimpulsgeber nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß als frequenzbestimmende Widerstände magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände (R1, R2) vorgesehen sind.
3. 3. Wegimpulsgeber nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das mit dem Fahrzeugrad gekuppelte Teil (1) Bestandteil eines magnetischen Kreises (3, 4, 5, 6) ist, dessen magnetischer Fluß durch das Teil (1) in vorbestimmten Grenzen veränderbar ist und daß in den magnetischen Kreis ein erster magnetfeldabhängiger Widerstand (R1) einbezogen ist, der ein frequenzbestimmendes Teil des RC-Generators bildet.
4. 4. Wegimpulsgeber nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das mit dem Fahrzeugrad gekuppelte Teil als Steuerscheibe (1) ausgebildet ist, die durch ein Fahrzeugrad angetrieben ist und während jeder Umdrehung mindestens einmal den Fluß des magnetischen Kreises (3, 4, 5, 6) verändert.
5. 5. Wegimpulsgeber nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Steuerscheibe gleichmäßig über den Umfang verteilt unsymmetrische Erhebungen aufweist.
6. 6. Wegimpulsgeber nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Steuerscheibe (1) einen Topfrand mit einer oder mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten zinnenförmigen Erhebungen aufweist.
7. 7. Wegimpulsgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Drehrichtungsermittlung des Fahrzeugrades mindestens ein zweiter an sich bekannter RC-Generator vorgesehen ist, dessen magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand (R2) mit dem ersten magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstand (R1) des ersten RC-Generators im selben magnetischen Kreis (3, 4, 5, 6) liegt.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die RC-Generatoren Signale in voneinander verschiedenen Frequenzbändern abgeben.