DE2718459A1

DE2718459A1 - Automatischer naeherungsdetektor fuer raeder schienengebundener fahrzeuge

Info

Publication number: DE2718459A1
Application number: DE19772718459
Authority: DE
Inventors: Ingolf Dipl Ing Walz; Ulrich Dr Ing Weber
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-04-26
Filing date: 1977-04-26
Publication date: 1978-11-02
Also published as: DE2718459C2

Description

"Automatischer Näherungsdetektor für Räder schienengebundener
Fahrzeuge" Die Erfindung betrifft einen automati schen Näherungsdetektor für Räder schienengebundener Fahrzeuge unter Verwendung eines Oszillators mit einer ein Streufeld crzeugenden Schwinghrei -Spule, wobei ein in dem Streufeld befindlicher Metallkörper - vorzugsweise der Spurkranz eines besagter der - eine Verminderung der Amplitude der Oszillatorspannung bewirkt.
Detektoren dieser Art werden beispielsweise als Zugdetektoren für Rottenwarnanlagen bzw. für die Weichen- und Signalstellung sowie als sogenannte Achszähler bzw. bei Gleisfreimejdeanlagen eingesetzt.
Ein Näherungsdetektor der eingangs beschriebenen Art ist be reits aus dem Datenblatt "Näherungsinitiatorcn und Endschalter" der Firma Turck aus dem Jahr 1976 bekannt. Der bekannt Näherungsdetektor weist jedoch noch den Nachteil auf, dan sich seine B triebibedingungen mit der Umgebung und mit Änderungen der Umgebungseinflüsse - wie z. B. Temperatur - ändern können. Der Oszillator des Detektors weist eine festc Riickkopplung auf dergestalt, daß der Oszillator im Ruhezustand schwingt, bei Einbringen eines zu detektierenden Metallkörpers in das Streufeld dagegen - infolge der damit verbundenen Dämpfung -nicht mehr schwingungsfähig ist. Aus diesem Verhalten resultiert ein weiterer Nachteil insofern, als wegen erforderlicher Einschwingzeiten eine einwandfreie Detektion nicht immer möglich und ein Einsatz als Achszähler beispielsweise kaum in Frage kommen dürfte. Der Detektor läßt außerdem keine sclbsttätige Überprüfung auf einwandfreie Funktionsfähigkeit zu, was beispielsweise bei Personensicherungsanlagen von größter Bedeutung ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Näherungsdetektor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem Umgebungseinflüsse selbsttätig kompensiert werden, so daß stets dieselben Betriebsbedingungen gegeben sind und ein Abgleich von Hand nicht erforderlich ist, bei dem dariiber hinaus die Schwingungsbedingung k . V = 1 für den Oszillator, wobei k der Rückkopplungsfaktor und V der VerstÄrkungsgrad des Oszillators sind, immer - d. h. insbesondere auch beim Ansprechen des Detektors - eingehalten wird und bei dem schließlich auch eine automatische Kontrolle der Funktionsfähigkeit durchführbar iHt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäX dadurch gelöst, daß der Rückkoppelkreis des Oszillators zur selbsttätigen Aufrechterhaltung der Schwingbedingung fiir den Oszillator außer einem Dämpfungsglied, das von einem Regler mit sehr großer Zeitkonstante in der Weise einstellbar ist, daß sich nach Maßgabe einer ersten Bezugsspannung unabhängig von den jeweiligen zeitlich nicht oder nur sehr langsam veränderlichen Einflüssen langfristig eine konstante mittlere Amplitude der Oszillatorspannung einstellt, ein weiteres Dämpfungsglied enthält, das, sofern die Amplitude der Oszillatorspannung einen vorgebbaren Schwellwert unterschreitet, der einer in bezug auf die ersten Bezugsspannung kleineren zweiten Dezugsspannung entspricht, von einem Regler mit sehr kurzer Zeitkonstante nach Maßgabe der Unterschreitung des Schwellwerts angesteuert wird dergestalt, daß die Amplitude der Oszillatorspannung auf dem Schwellwert festgehalten wird, solange die Ursache der Schwellwertunterschreitung anhält, daß die Detektionsinformation dem Ansteuersignal des Reglers mit sehr kurzer Zeitkonstante für das weitere Dämpfungsglied entnehmbar ist und daß der Oszillator ein zusätzliches, durch erste bzw. zweite Prüfimpulse einstellbares Dämpfungsglied enthält, wobei die Amplitud und die Dauer der ersten bzw.
zweiten Prüfimpulse so bemessen sind, daß der Regler mit sehr großer Zeitkonstante in Verbindung mit dem Dampfungsglied bzw. der Regler mit sehr kurzer Zeitkonstante in Verbindung mit dem weiteren Dämpfungsglied auf einwandfreie Funktionsfähigkeit überprüfbar sind.
Dabei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß das Ansteuersignal des Reglers mit sehr kurzer Zeitkonstante für das weitere Dämpfungsglied bezüglich der ersten und zweiten Priifimpulse entgegengesetzte Polarität aufweist. Dadurch wird verhindert, daß im Falle eines Defekts, bei dem die Prüfimpulse auf den Ausgang des Detektors gelangen, von einer Priif-Auswerteschaltung trotz eines solchen Defektes eine fehlerfreie Funktionsfähigkeit der Anordnung festgestellt wird.
Eine vorteilhafte Ausbildungsform ist dadurch gegeben, daß eine dritte Bezugsspannung vorgesehen ist, die zwischen dem Detrag der ersten und demjenigen der zweiten Bezugsspannung dimensioniert ist, und daß von einem weiteren Regler bereits bei Unterschreiten eines der dritten Dezugsspannung entsprechenden Schwellwerts durch die Amplitude der Oszillatorspannung ein Steuersignal abgegeben wird.
Bei einer günstigen Ausgostaltungsform ist vorgesehen, daß das von dem Regler mit sehr kurzer Zeitkonstante bzw. dem weiteren Regler abgegebene S'euorsignal in Bezug auf die Anzabl passierender Räder ausgewertet wird.
Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß zur Ermittlung der Fahrtrichtung und/oder Geschwindigkeit und/oder Geschwindigkeitsänderung mindestens zwei derartige Anordnungen in geeignetem Abstand voneinander längs einer Schiene angebracht sind. Informationen dieser Art sind beispielsweise bei sich einer Baustelle nähernden Zügen von Bedeutung.
Bevorzugte Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden naher erläutert.
Fig. 1 zeigt blockschaltbildmnßig einen Näherungsdetektor mit einem Oszillator l mit ein Streufeld erzeugender Schwingkreisspule 1'. Der mit einer Frequenz von z. 8. 100 klIz schwingende Oszillator 1 ist ausgangsseitig über ein stetig einstellbares Dämpfungsglied 21 auf seinen Eingang rückgekoppelt. Ein Regler mit sehr großer Zeitkonstante von z. R.
mehreren Sekunden bestehend aus einem Komparator 3 , in dem die Amplitude der Oszillatorspannung oder einer aus ihr abgeleiteten Spannung mit einer ersten Bezugsspannung (am Eingang B1 des Komparators 3 verglichen wird, sowie einem Zeitglied 4 (z. B. einem RC-Glied) steuert das einstellbare Dämpfungsglied 2 kontinuierlich in der Weise, daß statische und zeitlich nur sehr langsam veränderliche Umgebungseinflüsse automatisch ausgeregelt werden dergestalt, daß gegenüber solchen Einfliissen stets die Schwingungsbedingung fiir den Oszillator eingehalten und langfristig eine konstante mittlere Amplitude der Oszillatorspannung erzielt wird. Ein solcher Näherungsdetektor braucht daher nach seiner Montage am Schienenfuß nicht mehr von Hand abgeglichen zu werden, was insbesondere bei Geräten mit häufigem Wechsel des Einsatzortes, z. B. Anordnungen fiir den Rottenschutz, von großem Vorteil ist.
Beim Eindringen eines Radspurkranzes in das Streufeld der im Bereich des Schienenkopfes angeordneten Schwingkreisspule 1' wird die Amplitude der Oszillatorspannung infolge der dann wirksam werdenden zusätzlichen Wirbelstromdämpfung stark verringert. Der Regler mit sehr großer Zeitkonstante vermag dieser Amplitudenänderung nicht zu folgen, da sie für ihn zu schnell ist. In diesem Fall wird die Schwingbedingung für den Oszillator mittels eines dem einstellbaren Dämpfungsglied 21 parallel geschalteten weiteren Dämpfungsgliedes 2 aufrechterhalten. Das weitere Dämpfungsglied 22 besteht aus einer Serienschaltung aus einem Widerstand und einem Schalter, der im Ruhezustand geschlossen ist. Der Schalter wird von einem Regler 3² in Gestalt eines Komparators mit äußerst kurzer Zeitkonstante in der Weise gesteuert, daß er, sobald die Amplitude der Oszillatorspannung eine an einem Eingang B2 des Reglers anliegende zweite Bezugsspannung unterschreitet, die kleiner ist als die erwähnte erste Bezugsspannung, in raschem Wechsel entsprechend dem jeweiligen Betrag dieser Unterschreitung geöffnet und geschlossen wird dergestalt, daß die Amplitude der Oszillatorspannung durch die hieraus resultierende Erhöhung des Rückkoppelwiderstandes auf dem der zweiten Bezugsspannung entsprechenden Wert festgehalten wird, solange die Ursache für das Unterschreiten der zweiten Bezugsspannung wirksam ist. Beim Verlassen des Streufeldes durch den Radspurkranz gibt der Regler 32, sobald die Amplitude der Oszillatorspannung wieder die zweite Bezugsspannung über steigt, an den Schalter des Dämpfungsgliedes 22 keine diesen öffnenden Impulse mehr ab, d. h. der Schalter bleibt gcschlossen und die Amplitude der Oszillatorspannung stcigt wieder rasch auf den der ersten Bezugsspannung entsprechenden Wert. Da der Regler 3² jeweils nur dann anspricht und 2 Steuersignale an den Schalter des Dämpfungsgliedes 2 abgibt, wenn sich in besagtem Streufeld ein Radspurkranz befindet, läßt sich seinem - an einem Ausgang A abnehmbaren - Ausgangssignal die gewünschte Information entnehmen.
Zur automatischen Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Näherungsdetektors sind dem Oszillator 1 über einen Eingang E1 bzw. E2 Prüfimpulse zuführbar, die auf ein Dämpfungsglied im Oszillator steuernd einwirken und deren Amplitude und Pulsdauer so bemessen sind, daß der langsame Regler 31 mitsamt dem Dämpfungsglied 21 bzw. der schnelle Regler 32 mit seinem Dämpfungsglied 2 auf einwandfreie Funktion iiberpriifbar sind. Bei dem langsamen Regler muß beispielsweise kontrolliert werden, ob er nicht etwa infolge einer unerwünschton Verkürzung seiner Zeitkonstante die von dem Radpurkranz eines sehr langsam vorbeirollenden Rades erzeugte Amplitudenänderung ausregelt.
Der in Fig. 1 dargestellte Teil des Näherungsdetektors wird - wie erwähnt - an der Schiene befestigt. Prüfimpulsgeneratoren und Auswerteschaltung sind einige Meter von diesem Teil abgesetzt in einem separaten Gehäuse untergebracht, das mit dem an der Schiene angebrachten Teil über ein Kabel verbunden ist. Die Übertragung der Detektorinformation zu dem Ort, an dem sie benötigt wird, erfolgt drahtlos oder per Kabel. Bei einer Rottenwarnanlage wird der zu sichernde Schienenabschnitt im einfachsten Fall von beiden Seiten her mit je einem Näherungsdetektor abgesichert. Wird einer der Detektoren von einem Zug passiert, so löst dieser Detektor auf iXöhe der arbeitenden Rotte ein akustisches und/oder optischcs Warnsignal aus. nei Verwendung von je zwei in geeignetem Abstand hintereinander angeordneten Näherungsdetektoren auf beiden Enden des zu sichernden Schienenabschnitts läßt sich zusätzlich die Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit des Zuges ermitteln und zur Anzeige bringen.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 lediglich dadurch, daß hier das einstellbare Dämpfungsglied 21 und das weitere Dämpfungsglied 22 nicht parallel, sondern in Reihe geschaltet sind.
Dementsprechend sind der Widerstand und der Schalter des weiteren Dämpfungsgliedes 22 hier parallel geschaltet, wobei color Schalter im Ruhezustand des Reglers 3 geschlossen ist.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das aus demjenigen gemäß Fig. 1 durch Hinzufügen eines weiteren Reglers 33 hervorgeht.
wobei die Bezugsspannung B3 dieses Reglers 33 zwischen dem Betrag der ersten und der zweiten Bezugsspannung gewählt ist und der Regler bereits bei Unterschreiten eines der Bezugsspannung B3 entsprechenden Schwellwerts durch die Amplitude der Ossillatorspannung an seine Ausgang A ein Steuersignal abgibt, dem die Detektionsinforsatien entnehmbar ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Automatischer Naherungstletektor für Räder schienengebultdencr Fahrzeuge unter Verwendung eines Oszillator.s mit einer ein Streufeld erzeugenden Schwingkreis-Spule, wobei ein in dem Streufeld befindlicher Metallkörper - vorzugsweise er Spurkranz eines besagter Rder - eine Verminderung der Amplitude der Oszillatorspannung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkoppelkreis des Oszillators (1) zur selbsttatigen Aufrecht erhaltung der Schwingbedingung fiir den Oszillator außer einem Dampfungsglied (21), das von einem Regler (31, 4) mit sehr großer Zeitkonstante in der Weise einstellbar ist, dan sich nach Maßgabe einer ersten Bezugsspannung unabhängig von den jeweiligen zeitlich nicht oder nur sehr langsam veränderlichen Einflüssen langfristig eine konstante mittlere Amplitude der Oszillatorspannung einstellt, ein weitere Dämpfungsglied (22) enthält, das, sofern die Amplitude der Oszillatorspannung einen vorgebbaren Schwellwert unterschreitet, der einer in bezug auf die erste Bezugsspannung kleineren zweiten Bezugsspannung entspricht, von einem Regler (32) mit sehr kurzer Zeitkonstante nach Maßgabe der Unterschreitung des Schwellwerts angesteuert wird dergestalt, daß die Amplitude der Oszillatorspannung auf dem Schwellwert festgehalten wird, solange die Ursache der Schwellwertunterschreitung anhält, daß die Detektionsinformation dem Ansteuersignal des Reglers 2 ist mit sehr kurzer Zeitkonstante für das weitere Dämpfungsglied (2²) entnehmbar ist und daß der Oszillator (1) ein zusätzliches, durch erste bzw. zweite Prüfimpulse einstellbares Dämpfungsglied enthält, wobei die Amplitude und die Dauer der ersten bzw. zweiten Prüfimpulse so bemessen sind, daß der Regler (32, 4) mit sehr großer Zeitkonstante in Verbindung mit dem Dämpfungsglied (21) bzw. der Regler (32) mit sehr kurzer Zeitkonstante in Verbindung mit dem weiteren Dämpfungsglied (22) auf einwandfreie Funktionsfähigkeit überprüfbar sind (Fig. 1 oder 2).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteuersignal des Reglers (32) mit sehr kurzer Zeitkonstante für das weitere Dämpfungsglied (22) bezüglich der ersten und zweiten Prüfimpulse entgegengesetzte Polarität aufweist (Fig. 1 oder 2).
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Bezugsspannung (B3) vorgesehen ist, die zwischen dem Betrag der ersten und demjenigen der zweiten Bezugaspannung dimensioniert ist, und daß von einem weiteren Regler (3³) bereits bei Unterschreiten eines der dritten Bezugsspannung entsprechenden Schwellwertes durch die Amplitude der Oszillatorspannung ein Steuersignal abgegeben wird (Fig.3).
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Regler (3²) mit sehr kurzer Zeitkonstante bzw. dem weiteren Regler (33) abgegebene Steuersignal in Bezug auf die Anzahl passierender Räder ausgewertet wird (Fig. 1, 2 oder 3).
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis t gekennzeichnet durch ihrc Anwendung zur Ermittlung der Fahrtrichtung und/oder der Geschwindigkeit und/oder von Geschwindigkeitsänderungen, wobei mindestens zwei derartige Anordnungen in geeignetem Abstand voneinander längs einer Schiene angebracht sind.