DE3326938A1 - Einrichtung zur ortung von fehlerstellen in elektrischen leitungsschleifen - Google Patents

Description

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Einrichtung zur Ortung von Fehlerstellen in elektrischen Leitungsschleifen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ortung von Fehlerstellen gemäß dem Ingreß zum nachfolgenden Patentanspruch 1.

Es sind bereits Einrichtungen zur Auffindung von Leitungsschäden bekannt, die sich der kapazitativen Kopplung beim Aufspüren der Fehlerstelle bedienen. Diese bestehen jedoch nicht aus frei beweglichen Einheiten, sondern sind über eine Leitung an die elektrische Schleife angeschlossen, um einen Bezugswert für die Phasenlage der elektrischen, periodischen Spannung in der Schleife zu erhalten. Es wäre natürlich denkbar, diesen Leitungsanschluß durch drahtlose übertragung zu ersetzen, aber dies würde einen erheblichen Kostenaufwand und eine größere Störungsanfälligkeit bedeuten.

Mit der vorliegenden Erfindung wird die Erstellung einer Vorrichtung bezweckt, die nicht mit vorstehend genannten Nachteilen haftet, sondern leicht bedienbar und zuverlässig ist und die sich bei verhältnismäßig niedrigem Kostenaufwand herstellen läßt.

Das gesetzte Ziel wird mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung erreicht, deren Kennzeichen aus dem nachfolgenden Patentanspruch 1 hervorgehen.

Im weiteren wird die Erfindung mit Hinweis auf beigefügte Zeichnungen näher erläutert, von denen Fig. 1 in schematischer Darstellung eine elektrische Leitungsschleife zeigt, in der die erfindungsgemäße Einrichtung Anwendung finden kann; von denen Fig. 2 am Beispiel eines Blockschaltbildes den Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt und von denen Fig. 3 ein typisches Anwendungsbeispiel für die Einrichtung im Sinne dieser Erfindung zeigt.

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Fig. ,1 zeigt in vereinfachter Darstellungsform eine Anlage, in der die erfindungsgemäße Einrichtung anwendbar ist. Diese Anlage besteht aus einem Stromerzeuger 1, an dem eine elektrische Leitungsschleife 2 angeschlossen ist. Der Stromerzeuger 1 ist so konstruiert, daß er periodischen Strom mit einer oder mehreren vorgegebenen Frequenzen erzeugt. Derartige Schleifen v/erden gewöhnlich zur Steuerung unbemannter Transportfahrzeuge benutzt, die beispielsweise über Steuervorrichtungen zum induktiven Abfühlen von Kraftlinien eines Magnetfeldes verfugen, das gebildet wird, wenn ein Wechselstrom durch die Leitungsschleife fließt. Die praxisnahen Systeme enthalten gewöhnlich eine große Anzahl solcher Schleifen, die nahe zueinander verlegt sind. Die Steuerung kann wählbar ausgelegt werden, indem die Schleifen mit unterschiedlichen Frequenzen von verschiedenen Stromerzeugern gespeist werden. Hierzu können beispielsweise Frequenzen aus dem Tonfrequenzbereich benutzt werden. Die Schleifen sind gewöhnlich im Fußboden verlegt, der als Fahrbahn für die unbemannten Fahrzeuge dient. Der Stromerzeuger 1 enthält einen oder mehrere Oszillatoren, deren Frequenz oder Frequenzen für die Sendefrequenz in der Leitungsschleife 2 maßgebend sind.

In der Leitungsschleife 2 ist eine Fehlerstelle, die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung geortet werden soll, mit einem Sinnbild 3 gekennzeichnet. Die Fehlerstelle 3 markiert ' einen unerwünschten mechanischen Schleifenbruch, der die elektrischen Eigenschaften der Schleife so verändert, daß sie dadurch wenigstens teilweise außer Funktion gesetzt wird. Die Ortung der .Fehlerstelle ist schwierig und erfordert besondere Vorrichtungen, von" denen die erfindungsgemäße Einrichtung eine vorteilhafte Lösung darstellt. Die Bruchstelle bewirkt, " daß der Widerstand in der Schleife unendlich groß wird, wodurch das Spannungssignal im Schleifenteil 4 auf der einen Seite der Bruchstelle eine größere Amplitude erhält, während der andere, gewöhnlich zurMasse geschlossene Schleifenteil 5 auf der anderen Seite der Bruchstelle völligen Signalausfall erleidet, der Signalwert m.a.W. Null wird. Gleichzeitig erfolgt durch den unendlichen Widerstand in der Schleife eine Obersteuerung des Stromerzeugers) die einen übergang der normalerweise überwiegend sinuswellenförmigen Signale in vierkantwellenförmige Signale bewirkt, wodurch eine Menge übertöne erzeugt werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist so konstruiert, daß sie sich zur Ortung einer Bruchstelle 3 in der Leitungsschleife 2 der vorstehend beschriebenen elektrischen Zustandsänderung in der Schleife bedient.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau der Einrichtung im Sinne dieser Erfindung. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, verfügt die erfindungsgemäße Einrichtung über zwei in Reihe ausgelegte Kondensatorelemente 6 u. 7, die sich entlang der Leitungsschleife 2 so verschieben, daß sie sich beide über dieser Schleife befinden. Die beiden Kondensatorelemente 6 u. 7 sind beispielsweise Bestandteile

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eines ,sog. Differentialdrehkondensators, der an die getrennten Eingänge 8 u. 9 eines Differentialverstärkers 10 angeschlossen ist. Am Ausgang 11 des Differential Verstärkers 10 ist der Eingang 12 eines Gleichrichters 13 angeschlossen und an dessen Ausgang 14 der Eingang 15 eines Verstärkers 16. Am'Verstärkerausgang 17 ist das Zeigerinstrument 18 eine Spannungsrnessers angeschlossen. Different ialverstärker 10, Gleichrichter 13 und Verstärker 16 bilden zusammen eine Vorrichtung 24 zu Ermittlung von Spannungsunterschieden. Aus Fig. 3 geht hervor, daß alle in Fig. 2 beschriebenen Komponenten in einer Einheit 19 zusammengefaßt sind, die zur Verschiebung entlang der Leitungsschleife 2 bestimmt ist. Die Einheit 19 ist als eine geschlossene, kastenförmige Hülle 20 ausgeführt und zur bequemen Handhabung bzw. Verschiebung über den Fußboden mit einem Stiel - zweckmäßigerweise gleicher Abmessung wie ein gewöhnlicher Besenstiel - versehen. Die Figur zeigt einen Querschnitt durch die Hülle 20, auf dem die inneren Teile nur schematisch angedeutet sind. Die kastenförmige Hülle kann eventuell unten offen sein oder zumindest genau unter den aus zwei Platten bestehenden, auf gleicher Höhe und in einer Ebene in der Einheit 20 angeordneten Kondensatorelemente 6 u. 7 über einen Boden 22 aus einem elektrisch nicht leitfähigen oder nicht abschirmenden Material verfugen. Die Plattenebene soll sich zur Fußbodenebene 23, auf der die -" Einrichtung verschoben wird, parallel verhalten. Die Kondensatorplatten 6 u. liegen ferner auf ihre Ebene fluchtend vor einander, also nicht mit Seitenversatz zu einander bzw. quer zur Papierebene gesehen. Die Einheit 19 enthält in ihrer Hülle außerdem die Vorrichtung 24 zur Ermittlung von Spannungsunterschieden. Als Antriebsquelle für die Elektronik in der Einheit wird geeigneterweise eine Batterie oder ein Akkumulator verwendet. An dieser Vorrichtung 24 zur Ermittlung von Spannungsunterschieden ist also das Zeigerinstrument 18 als Melder eventuell vorhandener Fehler- oder Bruchstellen in der Leitungsschleife 2 angeschlossen. Das Zeigerinstrument 18 ist so in die Hülle 20 eingebaut, daß es vom Anwender leicht abgelesen werden kann.

Die Einrichtung im Sinne dieser Erfindung funktioniert folgendermaßen: Bei Verdacht auf Fehler in irgend einer Leitungsschleife wird zur Auffindung der Fehlerstelle das erfindungsgemäße Ortungsgerät herangezogen. Mit Hilfe dieses Ortungsgerätes, also der Einheit 19, wird die Leitungsschleife 2 abgesucht, wobei das Gerät der Schleife entlang in Pfeil richtung 25 geführt wird. Es wird dabei so geführt, daß die beiden in Reihe geschalteten Kondensatorplatten 6 u. 7 der Schleife 2 in ihrer Längsrichtung, d.h. der Pfeilrichtung folgen. Man beginnt dabei wahlfrei an einem Ende der Leitungsschleife 2, an welchem Ende ist also bedeutungslos. Wenn sich der begründete Verdacht auf einen bestimmten Teil der Leitungsschleife richtet, kann man die Störungssuche natürlich von einer anderen Stelle aus beginnen. Das Ortungsgerät 19 hat

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keinerlei feste Verbindung mit der Leitung, sondern ist eine frei bewegliche Einheit, die sich nur der kapazitive Kopplung zwischen den Kondensatorplatten 6, 7 und der Leitungsschleife 5 bedient. Durch die verhältnismäßige Nähe der Kondensatorplatten 6 u. 7 zur Schleife 5 werden die Platten durch das um die Leitungsschleife 2 herum aufgebaute Elektrornagnetfeld aufgeladen, wenn die Schleife am Stromerzeuger 1 angeschlossen ist und dieser einen elektrischen Strom abgibt. Falls ein L eitungsschaden vorliegt, wird der Stromfluß unterbrochen, während in dem einen Teil 4 der Schleife weiterhin elektrische Spannung _f ansteht. Die beiden Kondensatorplatten 6 u. 7 werden durch die in der Leitungsschleife 2 anstehende Wechselspannung über das Magnetfeld mit einer gewissen Spannung geladen. Auf der zur Masse geschlossenen und daher spannungslosen Seite der Bruchstelle werden die Kondensatorplatten 6 u. 7 mit Nullspannung, also gleich großer Spannung beaufschlagt wobei der Differential verstärker den Spannungsunterschied zu Null abfühlt und kein Ausgabesignal an Ausgang Π durchgibt. Das Zeigerinstrument 18 zeigt demnach keinen Ausschlag. Genau so verhält es sich, wenn das Ortungsgerät auf der anderen Seite der Bruchstelle entlang der Leitungsschleife geführt wird, da die Kondensatorplatten 6 u. 7 dort ebenfalls im wesentlichen gleich hohe Spannung abfühlen, so daß der Differential verstärker 10 fortgesetzt das Ausgabesignal Null aussendet und das Zeigerinstrument 18 keinen nennenswerten Ausschlag zeigt. Wird das Ortungsgerät 19 verdreht oder schräg angehoben, können natürlich geringe Spannungsunterschiede entstehen, die jedoch nur einen kleinen Zeigerausschlag ergeben.

Wenn die erfindungsgemäße Einrichtung dagegen an einer Bruchstellen vorbeigeführt wird, während sich die Kondensatorplatten 6 u. 7 in der auf Fig. 3 angezeigten Lage befinden, dann passiert folgendes: Die Kondensatorplatte 6, die sich über dem spannungsführenden Teil 4 der Leitungsschleife befindet, wird mit einer gewissen Spannung geladen, während die Kondensatorplatte 7, die sich über dem spannungslosen Teil der Schleife befindet, entweder überhaupt nicht mit Spannung oder ggf. mit einer erheblich niedrigeren Spannung als Kondensatorplatte 6 geladen wird. Eine geringe Aufladung ist möglich, und zwar durch Einwirkung des Magnetfeldes vom anderen Schleifenteil 4, das unter Spannung steht. Demzufolge empfangen die beiden Eingänge 8 u. 9 des Differential Verstärkers 10 verschiedene Spannungseingabewerte, die ein Ausgabesignal vom Verstärkerausgang bewirken, das im Gleichrichter 13 gleichgerichtet und nach Verstärkung im Verstärker 16 einen erheblichen Zeigerausschlag im Zeigerinstrument 18 verursache. Nachdem das Ortungsgerät die Bruchstelle 3 überfahren hat und beide Kondensatorplatten 6 u. 7 sich auf der gleichen Seite von der Bruchstelle befinden, erhalten sie wiederum hauptsächlich gleich hohe Spannung, worauf das Zeigerinstrument im wesentlichen auf Null zurückfällt.

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Die .Einrichtung funktioniert auch, wenn mehrere Leitungsschleiferi dicht Dei

einander liegen und für eine dieser Schleifen der Verdacht auf Leitungsbruch 3 besteht, weil die Kondensatorplatten 6 u. 7 nämlich immer einen Spannungsunterschied anzeigen, sobald das Ortungsgerät eine Bruchstelle überfährt. Die Ortung wird noch dadurch erleichtert, daß ein Bruchschaden, wie bereits erwähnt, unendlich großen Widerstand in der Leitungsschleife 2 und demnach auf der spannungsführenden Seite der Bruchstelle eine größere Spannungsamplitude verursacht. Zusätzlich wird das Aufspüren der Fehlerstelle dadurch erleichtert, daß der Stromerzeuger 1 dann mehr übertöne aussteuert.

Aus mechanischer Sicht wird also das Ortungsgerät 19 über den Fußboden 23 geführt, indem die Leitungsschleife 2 verlegt ist. Der Anwender kann,diese Verschiebung von Hand durchführen, indem er das Ortungsgerät am Stiel 21 ergreift und es mit der Unterseite 26 vor sich her über den Fußboden schiebt. Die Unterseite 26 muß hierbei als verschleißfeste·. Gleitfläche mit wenig Reibwiderstand ausgeführt sein. Eventuell können anstatt der Gleitfläche Laufräder, Rollen od.dgl. angebaut sein.

Die Erfindung bleibt nicht auf die vorstehend beschriebenen und auf den Zeichnungen dargestellten Aüsführungsbeispiele beschränkt, sondern läßt sich im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche modifizieren. Vorstehend wurde nur ein Beispiel beschrieben, bei dem das eine Ende der Leitungsschleife 2 so geerdet ist, daß bei einem Schleifenbruch die eine Seite 5 der Schleife einen Spannungsabfall erleidet. Bei einem anders konstruierten Stromerzeuger 1 wäre es aber auch denkbar, daß dieser Teil 5 der Schleife im Falle eines Bruchschadens Spannung behält. Die erfindungsgemäße Einrichtung funktioniert auch in diesem Fall, weil die beiden Teile 4 u. 5 der Leitungsschleife 2 dann Spannungssignale mit einem gewissen Phasenunterschied (Voreilung/Nacheilung) erhalten wurden. Dies würde dazu führen, daß die Kondensatorplatten 6 u. 7, so lange sie sich beide auf der einen oder anderen Seite der Bruchstelle befinden, jeweils gleich hohe Spannung erhielten, die keinen oder nur einen geringfügigen Zeigerausschlag im Zeigerinstrument 18 verursachen würde; wenn sich die Kondensatorplatten 6 u. 7 dagegen jeweils, auf verschiedenen Seiten der Bruchstelle befinden, würde ein Spannungsunterschied eintreten und einen erheblichen Zeigerausschlag im Zeigerinstrument 18 bewirken. Übrigens kann die Anzeige der georteten Bruchstelle'auf andere Weise als mit einem Zeigerinstrument erfolgen. Beispielsweise läßt sich das Zeigerinstrument 18 durch eine optische oder akkustische Anzeigevorrichtung ersetzen,.die erregt wird, wenn die Spannung einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, um hierdurch Spannungsänderungen infolge unsanfter Handhabung des Gerätes auszusondern. Die Einrichtung kann auch zur Fehlerortung und Störungssuche in anderen elektrischen Leitungsschleifen benutzt werden, z.B. Sendeschiingen zum Einsteuern von Omnibussen od.dgl. Fahrzeuge in Haltestellen, überdies· läßt sich

die Einrichtung auch für elektrische Leitungsschi eilen jeglicher Art benutzen, in denen ein elektrischer, periodischer Signalstrom fließt. Der Begriff ,!Leitungsbruch" ist nicht unbedingt gleichbedeutend mit einer vollständigen Stromunterbrechung. Es können z.B. teilweise Leitungsschäden entstehen, die ebenfalls den Widerstand in der Leitung erhöhen, ohne ihn unendlich groß werden zu lassen. Ein erhöhter Leitungswiderstand mit Spannungsdifferenzen zu beiden Seiten der Fehlerstelle kann auch durch schlechten Kontakt, beispielsweise Oxydation in Leitungsanschlüssen und Steckverbindungen entstehen.

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Claims (7)

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   PATENTANSPRÜCHE

   IJ Einrichtung zur Ortung einer Fehlerstelle (3) mit erhöhtem Leitungswiderstand, beispielsweise Bruch in elektrischen Leitungsschleifen (2), die zur Speisung mit einem periodischen, elektrischen Signalstrom von wenigstens einem Stromerzeuger (1) bestimmt sind, dadurch gekennzeichne daß das Gerät (19) aus einer völlig frei beweglichen Einheit besteht, die wenigstens zwei in Reihe hinter einander angeordnete kapazitive Elemente (6, 7) und eine an jedes dieser beiden kapazitiven Elemente angeschlossene Vorrichtung (24) zur Ermittlung vorhandener Spannungsunterschiede zwischen den beiden kapazitiven Elementen sowie eine Vorrichtung (18) zur Anzeige vorhandener Zustandsänderungen bei der besagten Ermittlung, nämlich erhöhten Leitungswiderstand durch beispielsweise Bruchschaden od.dgl. in einer der Leitungsschleifen (2) umfaßt.
2. 2.. Einrichtung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß ein Differentialdrehkondensator die beiden kapazitiven Elemente bildet.
3. 3. Einrichtung gemäß den Patentansprüchen 1-!oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (24) zur Ermittlung vorhandener Spannungsunterschiede einen Differentialverstärker (10) umfaßt,der mit seinen Eingängen (8,9) jeweils an einem der beiden kapazitiven Elemente (6,7) angeschlossen ist und über seinen Ausgang (11) ein Meldesignal zum Aufspüren der ermittelten Zustandsänderung aussendet.
4. 4. Einrichtung gemäß Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang (11) des Differential Verstärkers (10) ein Gleichrichter (13) und hinter diesem ein Verstärker (16) angeschlossen ist, an dessen Ausgang (17) die genannte Anzeigevorrichtung (18) angeschlossen ist.
5. 5. Einrichtung gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (18) aus einem Spannungsmesser in Form eines Zeigerinstrumentes besteht.
6. 6. Einrichtung gemäß eines der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kapazitiven Elemente (6, 7) aus zwei auf einer Ebene liegenden Kondensatorplatten bestehen, die sich zur Unterseite (26) des besagten Gerätes (19) parallel verhalten und ohne Seitenversatz in einer Flucht zueinander angeordnet sind.
7. 7. Einrichtung gemäß eines der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Gerät (19) hauptsächlich als eine kastenförmige Hülle (29) ausgeführt ist und darin die kapazitiven Elemente (6, 7), die Vorrichtung (24) zur Ermittlung von Spannungsunterschieden und die Anzeigevorrichtung (18) aufnimmt, wobei die Anzeigevorrichtung solche Lage einnimmt, daß ihre Anzeige außerhalb der Hülle abgelesen werden kann, während die Hülle selbst gleichzeitig mit einem Stiel (29) versehen ist.