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Annäherungsschalter für das Eisenbahnwesen
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Annäherungsschalter nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Aus der DE-OS 23 26 089 ist ein berührungslos arbeitender Schalter
zum Erkennen von auf einer Fahrschiene vorüberlaufenden Eisenbahnrädern bekannt.
Dieser Schalter beinhaltet eine Schwingschaltung, die im unbeeinflußten Zustand
des Annäherungsschalters schwingt und dabei einen bestimmten Strom über einen Schalttransistor
fließen läßt. Wird der Schwingkreis durch ein vorüberlaufendes Eisenbahnrad bedämpft,
so reißen die Schwingungen ab und die Stromaufnahme des Schalttransistors ändert
sich in markanter Weise. Aus dieser Änderung der Stromaufnahme wird das Befahrungsereignis
schaltungstechnisch abgeleitet.
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Nach diesem oder einem ähnlichen Prinzip arbeitende Annäherungsschalter
werden im Eisenbahnwesen nicht nur zum Auslösen von sicherungstechnisch nicht relevanten
Schaltvorgängen, wie z.B. zum Starten eines Förderwagens im Rangierbetrieb, sondern
auch für sicherungstechnisch relevante Steuerungsaufgaben, nämlich'kr die Gleisfreimeldung,
verwendet. Hier ist durch schaltungstechnische und/oder verfahrenstechnische Maßnahmen
sicherzustellen, daß es zu keiner Freimeldung eines Gleisabschnittes bei tatsächlich
noch besetztem Gleisabschnitt kommen kann; hingegen darf eine Störung in der Funktionsweise
des Annäherungsschalters bzw. der nachgeordneten Auswertung zu einer Besetztmeldung
eines tatsächlich freien Gleisabschnittes führen, weil die Besetztmeldung eines
Gleis-
abschnittes über die Stellwerksschaltung für einen auf diesen
Abschnitt zulaufenden Zug restriktivere Fahranweisungen veranlaßt als ein freigemeldeter
Abschnitt.
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Durch schaltungstechnische Maßnahmen ist es möglich, den Annäherungsschalter
so auszubilden, daß er failsafe arbeitet, d.h. Jeder Bauteildefekt wirkt sich im
sicheren Sinne, also wie ein dauernd beeinflußter Annäherungsschalter, aus (DE-AS
25 21 307); ein dauernd beeinflußter Annäherungsschalter kann aber niemals eine
Freimeldung eines Gleisabschnittes herbeiführen.
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Voraussetzung für das ordnungsgerechte Arbeiten eines Annäherungsschalters
ist seine ordnungsgerechte Anordnung am Gleis. Im rauhen Eisenbahnbetrieb kann jedoch
nicht ausgeschlossen werden, daß sich di e die Befestigungselemente für die Anbringung
von Annäherungsschaltern am Gleis mit der Zeit lockern und ggf. verloren gehen;
auch das Abreißen von Annäherungsschaltern durch von den Fahrzeugen herabhängende
Teile und durch von den Fahrzeugen mitgerissene Fremdkörper kommt gelegentlich vor.
Darüber hinaus werden die Annäherungsschalter gelegentlich auch bei Gleisbauarbeiten
und Wartungsarbeiten vorübergehend von den Fahrschienen gelöst und erst späteer
wieder montiert. In der Zwischenzeit sind sie wirkungslos, d.h. sie sprechen nicht
auf die vorUberlaufenden Fahrzeugräder an; die Besetztmeldungen der zugehörigen
Gleisabschnitte unterbleiben während dieser Zeit.
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Eine übliche Maßnahme, mit der sich das Abreißen eines Annäherungsschalters
von einer Fahrschiene erkennen läßt, ist der Anbau von zwei derartigen Schaltern,
jeder an einer Schiene des Gleises. Aus der Verdopplung und der räumlichen Trennung
der Annäherungsschalter lassen
sich sicherungstechnische Eigenschaften
ableiten. Diese Lösung ist Jedoch aufwendig und sie hat darüber hinaus auch funktionelle
Mängel. Für eine s:. rchtungsunterscheidende Raderfassung müssen enge Anbautoleranzen
der Jeweils zusammenwirkenden Annäherungsschalter eingehalten werden. Unterschiedliche
Wanderungen der beiden Schienen verändern Jedoch die Anbaumaße der Annäherungsschalter
und führen zu betrieblich nicht mehr tragbaren Funktionsstörungen der zugeordneten
Freimeldeeinrichtung.
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Bei Gleisbauarbeiten, bei denen die Annäherungsschalter vorübergehend
von den Fahrschienen gelöst werden, kommt es auch bei Verdoppelung der Annäherungsschalter
zu den bereits geschilderten Funktionsstörungen0 Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Annäherungsschalter der vorstehend näher gekanazeichneten-Gattung
so auszubilden, daß seine Entfernung von der Fahrschiene sich wie ein Befahrungseveignis
äußert und damit im signaltechnischen Sinne sicher auswirkt. Dabei soll - ausgehend
von an sich bekannten Annäherungsschaltern - der zur Realisierung der Erfindung
erforderliche Entwicklungs- und Fertigungsaufwand und ggf. der Aufwand für das Nachrüsten
bereits installierter Näherung schalter in engen Grenzen gehalten werden. Neben
den ohnehin vorhandenen, ggf. fail-safe betriebenen Schaltmitteln des Annäherungsschalters
sollen für die Störungserkennung möglichst wenige, dafür aber möglichst zuverlässige
zusätzliche Bauelemente zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Verwendung eines Permanentmagneten,
der von der Seite her an der Fahrschiene anliegt, wobei sich seine Feldlinien im
wesentlichen über die Fahrschiene schließen und einen
das frequenzbestimmende
Glied der Schwingschaltung steuernden Magnetschalter unbeeinflußt lassen, daß sich
seine Feldlinien Jedoch bei Entfernung des Näherungsschalters von der Fahrschiene
mindestens zum Teil über den Magnetschalter schließen, diesen betätigen und damit
das Schwingverhalten der.@tqhwingschaltung in markanter Weise ändern.
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Vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Näherungsschalters
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Annäherungsschalters sieht vor, daß der Magnetschalter als Rückkopplungsübertrager
für die Schwingschaltung ausgebildet ist, dessen Kern aus einem weichmagnetischen
Material besteht und durch das Feld des Permanentmagneten bei von der Fahrschiene
gelöstem Annäherungsschalter gesättigt ist. Bei dieser AusfUhrungsform der Erfindung
wird neben dem an sich bekannten Annäherungsschalter lediglich ein Permanentmagnet
benötigt, der im Gehäuse des Annäherungsschalters festzulegen ist.
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Die Verwendung von Permanentmagneten zur Beeinflussung des Schwingverhaltens
eines Annäherungsschalters ist bereits aus der DE-OS 15 15 840 bekannt. Dort wird
ein als Weichenquittungsschalter eingesetzter Annäherungsschalter beschrieben, bei
dem sich bei Annäherung einer beweglichen Weichenzungen an einen Annäherungsschalter
das von einem starken Permanentmagneten ausgehende Magnetfeld im Bereich der Oszillatorspule
des Schalters so verformt, daß ein zwischen die Oszillatorspule und eine Rückkopplungsspule
geschaltetes Blech aus einem hochpermeablen Material in die Sättigung gelangt. Dabei
ändert sich die Stromaufnahme des Oszillators in
markanter Weise
und diese Stromänderung wird von einem nachgeschalteten Leistungstransistor zur
Steuerung eines Relais verwendet.
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Bei diesem bekannten Annäherungsschalter liegen die gleichen Voraussetzungen
vor wie bei den zuvor erläuterten Annäherungsschaltern ohne Permanentmagneten; auch
hier werden nur solange Annäherungsmeldungen ausgegeben, solange der Annäherungsschalter
insgesamt die vorgegebene Einbauposition einnimmt. Löst sich der Annäherungsschalter
aus irgend einem Grunde von der Fahrschiene, so werden Reine weiteren Meldungen
ausgegeben.
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Es wäre zwar denkbar, den bekannten Annäherungsschalter konstruktiv
so umzugestalten, daß er für die Raderkennung zu verwenden wäre; auch diese AusfUhrualg
des Annäherungsschalters aber gibt keine Anregungen zur Lösung der der Erfindung
zugrundeliegenden Aufgabe, nämlich das unbeabsichtigte oder gewollte Lösen des Annäherungsschalters
von der Fahrschiene in eine entsprechende Meldung umzusetzen, die im Stellwerk eine
Freimeldung des zugehörigen Abschnittes zur Unzeit verhindert.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt in Figur 1 das Schema des erfindungsgemäßen Annäherungsschalters,
in Figur 2 eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, die einen extrem niedrigen
zusätzlichen Bauteileaufwand erfordert und in Figur 3 die räumliche:Xhordnung eines
Teiles der in Figur 2-nur schematisch angedeuteten Bauelemente innerhalb des Näherungsschalters.
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Figur 1 zeigt eine Fahrschiene FS normaler Bauart mit einem am Schienensteg
montierten Annäherungs schalter AS. Dieser Annäherungsschalter besteht in bekannter
Weise aus einer Oszillatorschaltung 0, deren Schwingkreis SK durch eine Kapazität
C und eine Induktivität L gebildet wird. Im unbeeinflußten Zustand schwingt der
Oszillator auf der durch den Schwingkreis SK bestimmten Resonanzfrequenz. Kommt
ein Fahrzeugrad in den Wirkbereich des AnnähFrungsschalters AS, so wird der Schwingkreis
infolge Wirbelstrombildung so stark bedämpft, daß die Schwingungen aussetzen. Der
dem Oszillator von einer Überwachungseinrichtung U zugeführte Betriebsstrom ändert
sich dabei in markanter Weise und diese Änderung des Betriebsstromes wird als Meldekennzeichen
für das Ansprechen des Näherungsschalters verwendet.
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Dem Schwingkreis SK des Annäherungsschalters ist ein Magnetschalter
MS parallelgeschaltet. Dieser Magnetschalter, der beispielsweise als Schutzrohrkontakt
ausgebildet sein kann, wird von einem Permanentmagneten PM gesteuert, der im Annäherungsschalter
AS bezüglich des Magnetschalters MS festgelegt ist. Solange der Annäherungsschalter
ordnungsgerecht an der Fahrschiene montiert ist, schließen sich die Feldlinien des
Permanentmagneten PM überwiegend über den Schienensteg; der Magnetschalter MS ist
dabei unbeeinflußt. Reißt der Annäherungsschalter AS von der Fahrschiene FS ab,
so können sich die Feldlinien des Permanentmagneten nicht mehr über die Fahrschiene
schließen, sondern sie schließen sich mindestens zum Teil über den Magnetschalter
MS. Der Magnetschalter wird dabei betätigt und schließt den Schwingkreis SK kurz.
Dadurch ändert sich die Stromaufnahme des Annäherungsschalters in gleicher
Weise
wie bei einer Bedämpfung des Schwingkreises durch ein vorüberlaufendes Fahrzeugrad.
Die Uberwachungseinrichtung U leitet aus der eingetrqtenen Stromänderung ein Signal
für das Ansprechen des Annäherungsschalters ab und setzt dieses - ggf. nach einer
zeitlichen Bewertung - in ein Störungssignal fUr den Annäherungsschalter um.
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Als Magnetschalter MS kommen alle durch magnetische Gleichfelder steuerbaren
Schaltmittel in Frage. Wo die Magnetschalter innerhalb der Oszillatorschaltung angeordnet
sind, ist prinzipiell ohne Bedeutung; wichtig ist nur, daß sie bei Betätigung durch
den ihnen zugeordneten Permanentmagneten zu einer markanten Änderung der Stromaufnahme
des Oszillators bzw. zu einer markanten Änderung der Resonanzfrequenz des Oszillators
führen.
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Figur 2 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Annäherungsschalters,bei
der auf die Verwendung eines gesonderten Magnetschalters für die Beeinflussung der
Schwingfrequenz des Oszillators 0 verzichtet werden kann. Die Funktion des Magnetschalters
wird durch einen Ubertrager UK im Rückkopplungszweig des Oszillators realisiert.
Dieser Rückkopplungsübertrager weist einen Kern ausweichmagnetischem Material auf,
der vom Feld des Permanentmagneten - sofern der Annäherungsschalter von der Fahrschiene
FS gelöst ist in die Sättigung gelangt. Ist dies geschehen, kann der Rückkopplungsübertrager
den Strom, der zum Aufrechterhalten der Schwingungen erforderlich ist, nicht mehr
in den Schwingkreis übertragen und die Schwingungen setzen aus. Die Stromaufnahme
des Annäherungsschalters ändert sich dabei auf den Wert, der sich bei Betätigung
des
Schalters durch ein vorüberlaufendes Fahrzeugrad einstellt.
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Figur 3 zeigt die Anordnung der wesentlichen Elemente des Annäherungsschalters
in einem gemeinsamen Gehäuse G des Annäherungsschalters. Dieses Gehäuse besteht
aus zwei Teilen, von denen das unteren, G1, aus einem elektrisch gut, magnetisch
Jedoch schlecht leitenden Material und das obere, G2, aus einem magnetisch neutralen
Material besteht. Bei dieser Ausbildung des Gehäuses induzieren die von der im oberen
Teil des Gehäuses untergebrachten Schwingspule L ausgehenden hochfrequenten Streufelder
in der unteren Gehäuseschale Wirbelströme, welche das von einem vorüberlaufenden
Fahrzeugrad zu beeinflussende Magnetfeld der Schwingspule von der Schiene fernhalten
und so das Ansprechverhalten des Annäherung s schalters weitgehend unabhängig machen
vom Einfluß der in der Fahrschiene fließenden Bahnströme.
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Der Permanentmagnet PM und der Rückkopplungsübertrager UK sind räumlich
benachbart im Gehäuse festgelegt. Beim Abreißen des Gehäuses von der Fahrschiene
kann davon ausgegangen werden, daß die räumliche Zuordnung dieser beiden Elemente
zueinander beibehalten wird, so daß ein sicheres Ansprechen des Annäherungsschalters
gewährleistet ist.
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7 Patentansprüche 3 Figuren