DE3046103C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1 sowie die Anordnung mehrerer solcher Sensoreinrichtungen an einem Gleis.

Obengenannte Sensoreinrichtungen werden als Achsdetektoren an Zählpunkten von Achszählanlagen eingesetzt. Sie müssen alle Achsen eines Schienenfahrzeuges sicher erkennen, auch wenn diese, wie z. B. in Drehgestellen, in kleinem Ab­ stand voneinander angeordnet sind und das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt.

Bisher werden als Achsdetektoren vor allem magnetische Impulsgeber verwendet, welche die Veränderung eines Magnetkreises durch Einwirkung von Spurkränzen und Radreifen der Fahrzeugräder auswerten. Diese bekannten Impulsgeber wer­ den in der Regel paarweise an beiden Schienen eines Gleises, um wenige Zen­ timeter gegeneinander versetzt angebracht, so daß bei Durchgang einer Achse zwei zeitlich gegeneinander versetzte Achsimpulse abgegeben werden, aus deren Reihenfolge zusätzlich die Bewegungsrichtung der Achse ermittelt wird. (siehe z. B. Aufsatz von G. Frech und K. Schmidt in "Signal und Draht" 59 (1967), Heft 11, Seite 165-174).

Die bekannten Achsedetektoren sind fest mit der Schiene verbunden. Dies hat zur Folge, daß Erschütterungen der Schiene, die sehr hohe Beschleunigungs­ werte erreichen können, auf den jeweiligen Achsdetektor übertragen werden. Dementsprechend aufwendig müssen Befestigungs- und Justageelemente ausgelegt sein, damit sichergestellt ist, daß keine Veränderung des Magnetkreises durch die mechanische Einwirkung erfolgt. Auch auf die im Achsdetektor befindlichen elektrischen Bauelemente können starke Erschüterungen schädigend wirken und zu Ausfällen führen. Schließlich ist ein magnetischer Achsdetektor empfind­ lich gegenüber Beeinflussungen durch von Fahrzeugen herabhängende Metallteile beispielsweise Magnetschienenbremsen. Um zu erreichen, daß ein solcher Achs­ detektor auf jedes Rad sicher, auf Magnetschienenbremsen jedoch nicht reagiert, ist eine genaue elektrische Einstellung erforderlich, die auch nur dann eine fehlerfreie Funktion gewährleistet, wenn die Magnetschienenbremsen nicht zu weit auf die Schienen herabhängen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensorein­ richtung zum Feststellen einzelner Achsen von Schienenfahr­ zeugen in einem eng begrenzten Gleisbereich anzugeben, die keine elektrischen Bauelemente unmittelbar an der Schiene enthält und die die Anwesenheit einer Achse anhand einer solchen charakteristischen Eigenschaft feststellt, die eine Magnetschienenbremse nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Anstelle der magnetischen Eigenschaften der Räder wertet die Sensoreinrichtung nach der Erfindung die Kurzschluß­ wirkung (Achskurzschluß) aus, die jede Achse auf die bei­ den Schienen eines Gleises ausübt. Damit weist sie eine gewisse Ähnlichkeit mit dem sogenannten Gleisstromkreis auf, bei dem die Kurzschlußwirkung von Achsen zur Abgabe einer Besetzungsmeldung für einen im allgemeinen größeren Gleisabschnitt ausgewertet wird. Aus der DE-PS 9 18 991 ist es jedoch auch bekannt, einen isolierstoßfreien Gleis­ stromkreis kürzer als den kürzesten vorkommenden Achsab­ stand auszuführen und zur Zählung von Achsen einzusetzen. Bei einem solchen kurzen Gleisstromkreis nehmen die Wider­ stände der Schienenteile Werte an, die kaum größer sind und bei Schienenverschmutzung sogar kleiner werden können als der Widerstand des Achskurzschlusses. Auch eine Er­ höhung der Gleisstromfrequenz ändert daran nichts, da Schienenwiderstände und Achswiderstand gleichermaßen mit der Frequenz ansteigen. Die Spannungsabsenkung im Gleis­ kreis wird dadurch so klein, daß eine sichere Besetzungs­ meldung nicht mehr erhalten werden kann.

Die Erfindung verwendet anstelle eines Gleiskreises eine Brückenschaltung. Als Brückenschaltung werden Teile einer Schiene und eines zu dieser eingerichteten Parallel­ strompfades benützt. Eine Achse, die in den Gleisabschnitt eindringt, bildet durch ihren Achskurzschluß einen Neben­ schluß zwischen Brückenstromquelle und den von der Schiene gebildeten Widerständen des einen Brückenzweiges. Die Brücke wird dadurch verstimmt und liefert ein sicheres Besetztsignal.

Da die Brücke in Abwesenheit einer Achse abgestimmt wird, hat die Ausgangsspannung im Freizustand einen konstanten, beliebig kleinen Wert. Jedes durch Verstimmung hervorge­ rufene Signal, sei es durch einen noch so schlechten Achs­ kurzschluß hervorgerufen, kann durch Verstärkung auf eine zur sicheren Besetzungsmeldung erforderliche Stärke ge­ bracht werden.

Eine ähnliche Brückenschaltung ist aus der CH-PS 60 679, insbe­ sondere Fig. 3 bekannt. Mit der dort als Überwachungsein­ richtung bezeichneten Anordnung soll ermöglicht werden, die Bewegung eines Fahrzeuges - nicht einer einzelnen Achse - innerhalb eines größeren Gleisabschnittes fort­ laufend zu verfolgen. Ein Zählen einzelner Achsen ist schon wegen der Längenausdehnung der Anordnung nicht mög­ lich. Es ist hier zwar, wie bei der Erfindung, ein Paral­ lelstrompfad zu einer Schiene eingerichtet, und Teile der Schiene sowie die beiden Hälften des Parallelstrom­ pfades bilden die Brückenwiderstände, es erfolgt aber die Einspeisung des Brückenstromes über die Fahrzeug­ achsen. Letztere wirken als ortsveränderliche und die Aufteilung der Widerstände beider Brückenzweige verän­ dernde Brückenstromzuführung und keinesfalls nur als Nebenschluß. Die Brücke ist deshalb nur bei Anwesenheit eines Fahrzeuges im Gleisbereich überhaupt in Betrieb. Eine Abstimmung der Brücke ohne Anwesenheit eines Fahr­ zeuges oder entsprechende Ersatzmaßnahmen ist nicht mög­ lich. Ein Ausfall der Brückenstromversorgung wird auch nicht bemerkt, da er sich vom Betriebszustand "unbesetzt" nicht unterscheidet. Die Überwachungseinrichtung nach der CH-PS 60 679 ist demnach nicht signaltechnisch sicher.

Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung ist, da alle in der Schiene fließenden Ströme die Brückenwiderstände, zumindest paarweise gleich stark beeinflus­ sen, unempfindlich gegen Triebrückströme. Auch eine Änderung des Bettungs­ widerstandes ist praktisch ohne Einfluß, da der Bettungswiderstand auf beide Teile des überbrückten Schienenstückes etwa gleichermaßen einwirkt und überdies kaum niederohmig genug ist, um sich als Nebenschluß bemerk­ bar zu machen.

In den Ansprüchen 2 und 3 beschriebene Ausgestaltungen der Sensoreinrich­ tung nach der Erfindung betreffen die Brückenwiderstände im Parallelstrom­ pfad. Diese können ohm'sche Widerstände oder Induktivitäten sein.

Besonders einfach ist es, ohm'sche Widerstände vorzusehen und diese durch einen gemeinsamen Draht zu realisieren, auf dem der Anschluß der Querver­ bindung zur Abstimmung der Brücke verschiebbar angeordnet ist.

Bei Einsatz von Induktivitäten bietet sich eine angezapfte Drossel im Paral­ lelstrompfad an. Bei Verwendung von Brückenwechselstrom genügend hoher Fre­ quenz kommen auch Kapazitäten als Brückenwiderstände im Parallelstrompfad in Betracht.

Eine weitere Ausgestaltung der Einrichtung nach der Erfindung ist in An­ spruch 4 angegeben. Sie ermöglicht eine Einspeisung des Brückenwechselstroms unter Einbeziehung der gegenüberliegenden Schiene ohne daß zusätzliche Kabel verlegt werden müssen. Die Einspeisungspunkte sind dabei gegeneinan­ der versetzt, um einen Kurzschluß der Wechselstromquelle durch eine Achse zu vermeiden. Der Brückenstrom fließt hier über zum Ausgleich der Trieb­ rückströme ohnehin vorhandene Schienenverbinder.

Eine in Anspruch 5 angegebene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrich­ tung sieht zur Begrenzung der Reichweite der Wechselstromquelle solche Schienenverbinder unmittelbar vor und hinter der Sensoreinrichtung vor.

Anhand mehrerer Figuren sollen nun Ausführungsbeispiele der Sensoreinrich­ tung nach der Erfindung und verschiedener Anordnungen solcher Sensoreinrich­ tungen ausführlich beschrieben und ihre Wirkungsweise erklärt werden. Die Figuren zeigen im einzelnen

Fig. 1 zwei gegeneinander versetzt angeordnete Sensoreinrichtungen und den Verlauf der Signalspannungen,

Fig. 2 das Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 3 gegeneinander versetzt angeordnete Sensoreinrichtungen mit angezapften Drosseln und Reichweitenbegrenzung,

Fig. 4 gegeneinander versetzt angeordnete Sensoreinrichtungen mit ohm'schen Widerständen,

Fig. 5 zwei überlappend an einer Schiene angeordnete Sensoreinrichtungen nach der Erfindung.

In Fig. 1 sind dargestellt die beiden Schienen SCH 1, SCH 2 eines Gleises und eine darauf befindliche Achse A. Jeder Schiene ist eine Sensoreinrichtung zugeordnet. Diese besteht bei der Schiene SCH 1 aus einem Parallelstrompfad PS 1, der von einem Schienenpunkt 1 über eine angezapfte Drossel AD 1 zu einem Schienenpunkt 3 führt, und einem Übertrager UE 1, dessen Primärwicklung mit der Anzapfung der Drossel AD 1 und mit der Schiene an einem etwa in der Mitte zwischen den beiden Schienenpunkten 1 und 3 gelegenen Schienenpunkt 2 ver­ bunden ist. Die Anschlüsse der Sekundärwicklung des Übertragers führen zu einer in der Figur nicht dargestellten Auswerteschaltung. Die der Schiene SCH 2 zugeordnete Sensoreinrichtung ist völlig analog aus einem Parallel­ strompfad PS 2 mit einer Drossel AD 2 und einem Übertrager UE 2 aufgebaut. Sie ist gegenüber der der Schiene SCH 1 zugeordneten Einrichtung versetzt angeordnet. Die Speisung der Sensoreinrichtungen erfolgt gemeinsam aus einer Wechselstromquelle G, von deren Ausgangsanschlüssen einer mit dem Schienen­ punkt 1 und ein zweiter mit dem entsprechenden Schienenpunkt 4 der der ande­ ren Schiene zugeordneten Sensoreinrichtung verbunden ist. Der Wechselstrom fließt bei Abwesenheit von Achsen vom Schienenpunkt 1 ausgehend teils in einen links von der Stromquelle gelegenen Stromkreis - dieser umfaßt Teile beider Schienen auf eine nicht dargestellte elektrische Verbindung zwischen beiden Schienen - teils in einen rechts von der Stromquelle gelegenen Strom­ kreis. Letzterer enthält beide Sensoreinrichtungen, Teile der Schienen und eine nicht dargestellte elektrisch leitende Verbindung zwischen beiden Schienen außerhalb des Bereichs der Sensoreinrichtungen. Der durch die Sen­ soreinrichtungen fließende Strom teilt sich im Bereich jeder Sensoreinrich­ tung in einen in der Schiene verbleibenden Teil und einen durch den Parallel­ strompfad fließenden Teil auf. Wird z. B. bei der der Schiene SCH 1 zugeord­ neten Sensoreinrichtung die Primärwicklung des Übertragers UE 1 so an die Schiene angeschlossen, daß das Verhältnis der Widerstände der beiderseits der Anzapfung der Drosel AD 1 gelegenen Teile des Parallelstrompfades gleich ist dem Verhältnis der Widerstände der Schienenstücke vom Schienenpunkt 1 zum Schienenpunkt 2 und vom Schienenpunkt 2 zum Schienenpunkt 3, so bilden, die genannten Widerstände eine abgeglichene Brücke, deren eine Diagonale die im abgeglichenen Zustand stromlose Primärwicklung des Übertragers UE 1 darstellt. Bei Stromlosigkeit der Primärwicklung liefert die Senkundärwick­ lung des Übertragers das Signal Null.

Bewegt sich eine elektrisch leitende Achse beispielsweise von links nach rechts durch die Bereiche der Sensoreinrichtungen, so bildet diese, sobald sie den Einspeisepunkt, Schienenpunkt 1, überschreitet, einen elektrischen Nebenschluß zu einem der Brückenwiderstände. Sie beeinflußt zunächst die der Schiene SCH 1 zugeordnete und nach Überschreiten des Schienenpunktes 2 auch die der Schiene SCH 2 zugeordnete Sensoreinrich­ tung indem sie die abgeglichenen Brücken nacheinander verstimmt. Die Ver­ stimmung bewirkt Stromflüsse durch die Primärwicklungen der Übertrager UE 1 und UE 2, die wiederum Wechselspannungen U 1, U 2 an den Ausgängen der Sekundär­ wicklungen erzeugen.

Wie der in der Figur aufgetragene Verlauf der an den Sekundär­ wicklungen anstehenden und dem Grad der Beeinflussung anzeigenden Wechsel­ spannungen U 1, U 2 in Abhängigkeit vom Ort der Achse zeigt, besteht die stärkste Beeinflussung, wenn sich die Achse auf Höhe des Anschlußpunktes der Übertrager-Primärwicklung an der Schiene befindet. Nach beiden Seiten hin nimmt die Beeinflussung linear ab.

Fig. 2 zeigt das Ersatzschaltbild einer Sensoreinrichtung mit ohm'schen Widerständen R im Parallelstrompfad. Die Widerstände R im Parallelstrom­ pfad sind hier gleich und bilden zwei der Brückenwiderstände. Die beiden anderen Brückenwiderstände Rs 1, Rs 2 sind die Widerstände der rechts und links vom Anschlußpunkt der Übertrager-Primärwicklung an der Schiene gele­ genen Schienenstücke. Die Wechselstromquelle gibt eine Spannung Uo ab und be­ sitzt einen Innenwiderstand Ri. Die Widerstände der außerhalb des Bereichs der Sensoreinrichtung gelegenen Schienenteile und Schienenverbinder sind als Gleiswiderstände R _{G 1} und R _{G 2} im Ersatzschaltbild berücksichtigt. Der Achswiderstand ist durch einen ohm'schen Widerstand R _A dargestellt, dessen einer Anschluß wie der Schleifkontakt eines Potentiometers über die mit­ einander verbundenen Widerstände R _{S 1} und R _{S 2} hinweggeführt wird und den Nebenschluß zur gegenüberliegenden Schiene herstellt. Es ist aus dem Schalt­ bild klar zu erkennen, daß eine Veränderung des Brückenstromes Is etwa durch Triebstromeinflüsse keine Auswirkungen auf den Brückenabgleich haben kann. Der Achswiderstand R _A jedoch bewirkt, daß im Widerstand R _{S 1} ein größerer Strom fließt als im Widerstand R _{S 2}, wodurch die Brücke verstimmt wird. Es fließt dann Strom über die Brückendiagonale, die Primärwicklung des Über­ tragers UE. An der Sekundärwicklung steht dann eine Wechselspannung U an.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Anordnungsvarianten von Sensoreinrichtungen nach der Erfindung. Die Anordnung in Fig. 3 unterscheidet sich dabei von der in Fig. 1 durch die Wahl der Einspeisepunkte für den Wechselstrom und durch zwei Schienenverbinder SV 1 und SV 2, die in unmittelbarer Nähe der Sensoreinrich­ tungen verlegt sind und eine Reichweitenbegrenzung für den Wechselstrom dar­ stellen. Die Einspeisung erfolgt hier derart, daß eine der Sensoreinrichtungen im links der Wechselstromquelle gelegenen Stromkreis und eine im rechts der Wechselstromquelle gelegenen Stromkreis angeordnet ist. Dies ergibt eine bessere Symmetrie der beiden Stromkreise und damit eine gleichmäßigere Aus­ nutzung der aus der Wechselstromquelle entnehmbaren Leistung.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung von Sensoreinrichtungen mit ohm'schen Widerständen im Paralellstrompfad. Die Einspeisung erfolgt hier an den voneinander ent­ ferntesten Punkten der beiden Sensoreinrichtungen. Diese Art der Einspeisung setzt den Einfluß von zu einer beeinflussenden Achse benachbarten Achsen herab, da durch diese Achsen gebildete, die Wechselstromquelle belastende Parallelstromkreise hochohmiger werden.

In Fig. 5, schließlich, ist eine Anordnung von zwei Sensoreinrichtungen dar­ gestellt, die beide einer Schiene zugeordnet sind und sich gegenseitig überlappen. Die Brückenwiderstände der ersten Sensoreinrichtung bilden dabei die beiden mit R 1 bezeichneten Widerstände und die Widerstände der zwischen den Schienenpunkten 7 und 8 und den Schienenpunkten 8 und 9 gelegenen Schie­ nenstücke. Die Brückenwiderstände der zweiten Sensoreinrichtung bilden die mit R 2 bezeichneten Widerstände und die Widerstände der Schienenstücke zwischen den Punkten 8 und 9 und den Punkten 9 und 10. Durch die Doppelaus­ nutzung des Schienenstückes zwischen den Punkten 8 und 9 werden zwei Schienen­ anschlüsse eingespart. Zudem wird, da die Schienenanschlüsse bis auf einen, alle auf einer Seite des Gleises liegen, die Zahl der für Gleisbauarbeiten hinderlichen Anschlußkabel im Gleis reduziert.

Die Auswertung der Signalspannungen geschieht in einer Auswerteschaltung in bekannter Weise, indem die jeweilige Signalspannung mit einer Schwellen­ spannung (U _S in Fig. 1) verglichen wird. Bei Überschreiten der Schwellenspan­ nung wird ein Anwesenheitsimpuls für eine Achse abgegeben. Die Reihenfolge der Anwesenheitsimpulse wird in einer einfachen logischen Schaltung als Richtungskriterium ausgewertet. Besonders zuverlässig arbeitet die erfindungs­ gemäße Sensoreinrichtung, wenn die Signale vor Verarbeitung einer phasen­ richtigen Gleichrichtung unterzogen werden. Auch kann es zweckmäßig sein, im unbeeinflußten Zustand der Sensoreinrichtung anstatt eines Nullsignals eine definierte Ruhespannung mit zur Phasenlage der Signalspannung gleicher oder entgegengesetzter Phasenlage zu haben. Dies kann durch eine absichtliche geringe Verstimmung der Brücke erreicht werden.

Claims (5)

1. Sensoreinrichtung zum Feststellen der Anwesenheit einer einzelnen Achse eines Schienenfahrzeuges in einem eng begrenzten Gleisbereich, da­ durch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gleichsbereichs zu einer Schiene (SCH 1, SCH 2) ein Parallelstrompfad (PS 1, PS 2) einge­ richtet ist, dessen beide Enden mit der Schiene verbunden sind, daß vom Parallelstrompfad über die Primärwicklung eines Übertragers (UE 1, UE 2) eine elektrische Querverbindung zu dem vom Parallelstrompfad über­ brückten Schienenstück besteht, derart, daß die zu beiden Seiten der Querverbindung gelegenen Teile des Parallelstrompfades und des über­ brückten Schienenstücks mit ihren elektrischen Widerständen die Schal­ tung einer Brücke bilden, deren eine Diagonale die Querverbindung dar­ stellt, daß die zweite Diagonale der Brücke mit einer Wechselstromquelle (G) verbunden ist, die einen Wechselstrom vorgegebener Frequenz in die Brücke einspeist, daß die Wechselstromquelle auch mit der dem über­ brückten Schienenstück gegenüberliegenden Schiene verbunden ist, und daß ein bei verstimmter Brücke an der Sekundärwicklung des Übertragers (UE 1, UE 2) anstehendes Wechselspannungssignal (U 1, U 2) als Anwesenheits­ kriterium für eine Achse ausgewertet und hierzu einer Auswerteschaltung zugeführt wird.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Parallelstrompfad zwei in Reihe geschaltete ohm'sche Wi­ derstände (R) enthält und daß der Anschluß der Querverbindung am Paral­ lelstrompfad zwischen beiden Widerständen liegt.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Parallelstrompfad eine angezapfte Drossel (AD 1, AD 2) ent­ hält und daß die Querverbindung an der Anzapfung der Drossel angeschlos­ sen ist.

4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußpunkte der Wechsel­ stromquelle (G) an den beiden Schienen in Fahrtrich­ tung gegeneinander versetzt sind.

5. Sensoreinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des Gleisbereiches Schie­ nenverbinder (SV 1, SV 2) angeordnet sind.