DE2458894C3

DE2458894C3 - Wegimpulsgeber

Info

Publication number: DE2458894C3
Application number: DE19742458894
Authority: DE
Inventors: Dietrich Ing.(Grad.) 3300 Braunschweig Stoeckmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-12-12
Filing date: 1974-12-12
Publication date: 1978-10-26
Also published as: DE2458894B2; DE2458894A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wegimpulsgeber für eine sicherungstechnisch überwachbare Einrichtung zur Weg-Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsmessung, insbesondere auf Eisenbahnfahrzeugen, bei dem ein mit einem Fahrzeugrad gekuppeltes Teil den magnetischen Widerstand eines magnetischen Kreises innerhalb vorbestimmter Grenzen verändert und diese Veränderung die einer Auswerteeinrichtung zuführbaren Signale mindestens eines Schwingungsgenerators 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. t>5

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 Einzelimpuise 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. Eine ähnliche Einrichtung ist auch aus der US-PS 37 80 272 bekannt. Beide Einrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf. daß Störungen des Impulsgebers und die Drehzahl »0« nicht unterscheidbar sind, wodurch der Einsatz für die Eisenbahn nicht zweckmäßig erscheint.

Aus der DE-PS 12 94415 ist eine Einrichtung bekannt, bei der eine Stillstandsüberwachung möglich ist. Ein mit dem Fahrzeugrad gekuppeltes Teil wirkt induktiv oder kapazitiv auf einen Z-C-Generator ein. Es erfolgt eine Frequenzmodulation proportional der Raddrehzahl. Diese Einrichtung erfüllt zwar die Anforderungen des Bsenbahnwesens, 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 (DE-PS 12 94 415), 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 b.ansprucht als der bisher verwendete Z-C-Generator. Ein flC-Generator mit kapazitivem Meßfühler (DE-AS 12 17 084) wäre dabei nur sehr bedingt geeignet, weil die durch die relativ geringe Kapzitätsänderung des frequenzbestimmenden Kondensators bedingte relativ geringe Frequenzänderung des Oszillators nur mit erheblichem technischen Aufwand zuverlässig überwachbar wäre.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Schwingungsgenerator als an sich bekannter /?C-SJenerator ausgebildet ist und als frequenzbestimmende Widerstände magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände vorgesehen sind.

Eine raddrchzahlabhängige Frequenzmodulation des vorgesehenen /?C-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 /u erzeugen, besteht nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darin, daß das mit dem Fahrzeugrad gekuppelte Teil als Steuerscheibe ausgebildet ist, die durch ein Fahrzeugrad angelriebcn ist und während jeder Umdrehung mindestens einmal den Fluß des magnetischen Kreises verändert.

Eine Fahrtrichtungserkennung laßt 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 Unterseheidungsmöglichkeit der beiden Bewegungsrichtungen aufweisen muß.

Beispielsweise kann die nach der Erfindung vorgesehene Steuerscheibe gleichmäßig über den Umfang verteilt unsymmetrische Erhebungen aufweisen, die an einer Aufnahmeeinrichiung vorbeibewegt werden. Denkbar ist beispielsweise eine Sägezahnform dieser Erhebungen. Je nach Drenrichtung der Steuerscheibe würde dann der den magnetfeldabhängigen Halbleiter steuernde magnetische Fluß einer steigenden oder fallenden Sägezahnkurve folgen. Eine dem ÄC-Generator nachgeschaltete Auswerteschaltung, z. B. eine Folge aus FM-Demodulator, Differenzierglied. Tiefpaß und Meßinstrument, könnte die Bewegungsrichtung dann !eicht ermitteln.

Denkbar ist auch eine treppenförmige Beeinflussung der magnetischen Feldstärke durch eine zwei- oder mehrstufig ausgebildete Steuerscheibe. Aus der durch sie verursachten Frequenzsprungfolge des /?C-Generutors 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 Drehung dabei die magnetische Feldstärke nach einer Rechteckkurve beeinflußt, dient zur Richtungserkennung ein weiterer magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand, der beispielsweise neben dem ersten angeordnet ist und einen zweiten KC-Generator beeinflußt. Es kann dann aus der Frequenzsprungfolge die Bewegungsrichtung ermittelt werden. Dabei erweist es sich als zweckmäßig, wenn die WC-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 näher beschrieben. Es zeigt

Fig. I einen Wegimpulsgeber in der Vorderansicht mit zwei ftC-Gencratoren für die Fahrtrichtungserkennung.

Fig. 2 eine Seitenansicht der Steuerscheibe des Wegimpulsgebers nach Fig. 1.

In Fig. I ist eine Steuerscheibe I mit gleichmaßig über den Umfang ausgebildeten Zinnen dargestellt. Die .Steuerscheibe I ist durch die Welle 2 mil einem Fahrzeugrad gekuppelt. Sie befindet sich in einem magnetischen Kreis, der aus den Permanentmagneten 3

"^J und 4, einem Oberjoch 5 und einem Unterjoch 6 aus Weicheisen besteht. Im Oberjoch 5 sind gegenüber der Steuerscheibe 1 ein erster magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand R 1 und ein zweiter magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand RI angeordnet. Bis auf die Steuerscheibe I kann bei dieser Anordnung auf bekannte Feldplattenpotentiometer zurückgegriffen werden.

Der erste magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstand R I bildet zusammen mit dem Kondensator C1 und den drei Negatoren A, B. CaIs ViC-Generator einen ersten astabilen unsymmetrischen Multivibrator. Der magneifeldabhängige Halbleiterwiderstand R 2 bildet zusammen mit dem Kondensator Cl und den Negatoren D. E. Feinen zweiten astabilen unsymmetrischen Multivibra-

2<) tor ("WC-Generator). Die Frequenz der beiden RC-Gcneratoren kann in etwa angegeben we' :en als

2R₁C₁

mit

R_x: frequenzbestimmender Widerstand.
C,: frequenzbestimmende Kapazität.

Eine ausführliche Beschreibung der Funktionsweise der an sich bekannten /fC-Generatoren findet sich bei Karl Reiß, Integrierte Digitalbausteine, Kleines Praktikum, Siemens AG, 2. Auflage. 1972. Seiten 416 und 417.

Die Negatoren A bis Fsind integrierte Digitalbausteine. Die Kondensatoren CI und C2 sind diskrete Bauelemente.

Die Ausgänge der beiden Multivibratoren werden einer Auswerteeinrichtung 7 zugeleitet. Die Auswerteeinrichtung 7 ermittelt aus dem während des Drehvorganres durch die zinnenförmig ausgebildete Steuerscheibe 1 frequenzmodulierten Signal jedes der beiden /?C-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 12 94415 Weg und Geschwindigkeit des Fahrzeuges ermittelt. Durch eine Differenziereinrichtung wird die Beschleunigung ermittelt. Aus der Frequenzsprungfolge beider /?C-Generatoren gewinnt die Auswerteeinrichtung 7 die Fahrtrichtungsinformalion.

Die Anzeige von Weg, Geschwindigkeit. Beschleunigung und Fahrtrichtung erfolgt durch eine An/.eigevorrichtung 8, die an die Auswerteeinrichtung 7 angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wegimpulsgeber für eine sicherungstechnisch überwarhbare Einrichtung zur Weg-Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsmessung, insbesondere auf Eisenbahnfahrzeugen, bei dem ein mit einem Fahrzeugrad gekuppeltes Teil den magnetischen Widerstand eines magnetischen Kreises innerhalb vorbestimmter Grenzen verändert und diese Veränderung die einer Auswerteeinrichtung zuführbaren Signale mindestens eines Schwingungsgenerators frequenzmoduliert, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwingungsgenerator als an sich bekannter /ZC-Generator ausgebildet ist und als frequenzbestimmende Widerstände magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände (R 1, R 2) vorgesehen sind.

2. Wegimpulsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Fahrzeugrad gekuppelte TiW 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.

3. Wegimpulsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (1) gleichmäßig über den Umfang verteilt unsymmetrische Erhebungen aufweist.

4. Wegimpulsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (1) einen Topfrand mit einer oder mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten zinnenförmigen Erhebungen aufweist.

5. Wegimpulsgeber nach eintm der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehrichtungsermittlung des Fahrzeujrades mindestens ein zweiter an sich bekannter /?C-Generator vorgesehen ist, dessen magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand (R 2) mit dem ersten magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstand (R 1) des ersten /?C-Generators im selben magnetischen Kreis (3, 4, 5,6) liegt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ÄC-Generatoren Signale in voneinander verschiedenen Frequenzbändern abgeben.