DE3326938C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein frei bewegliches Gerät zur Ortung einer Fehlerstelle mit erhöhtem Leitungswiderstand, beispielsweise Bruch, in einer elektrischen Leitungsschleife die durch wenigstens einen Stromerzeuger mit einem periodischen Signalstrom gespeist wird, mit wenigstens einem kapazitiven Element und einer an das kapazitive Element angeschlossenen Meßvorrichtung zur Anzeige einer Zustandsänderung bei der Messung.

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.

Es ist auch ein frei bewegliches Gerät zur Ortung einer Fehlerstelle bekannt (JP 54-26 488A), bei welchem ein einziges kapazitives Element vorgesehen ist. Mit einen solchen Gerät ist die Ortung einer Fehlerstelle nicht mit optimaler Genauigkeit möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein frei bewegliches Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei einfacher Bedienung eine vergleichsweise große Ortungsgenauigkeit aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Gerät zwei in einer Reihe hintereinander angeordnete kapazitive Elemente und eine an beide kapazitiven Elemente angeschlossene und das Anzeigeelement speisende Vorrichtung zur Ermittlung von Spannungsunterschieden zwischen den beiden kapazitiven Elementen enthält.

Durch die Verwendung von zwei hintereinander angeordneten kapazitiven Elementen ergibt sich im Bereich einer Fehlerstelle an diesen kapazitiven Elementen ein vergleichsweise großer Spannungsunterschied, der eine sehr genaue Ortung der Fehlerstelle ermöglicht.

Weitete Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich, aus den Unteransprüchen.

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 das Gerät Anwendung finden kann; von denen

Fig. 2 am Beispiel eines Blockschaltbildes den Aufbau des Gerätes zeigt von denen

Fig. 3 ein typisches Anwendungsbeispiel für das Gerät im Sinne dieser Erfindung zeigt.

Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellungsform eine Anlage, in das Gerät 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 Wechselstrom mit einer oder meh­ reren vorgegebeben Frequenzen erzeugt. Derartige Schleifen werden gewöhnlich zur Steuerung unbemannter Transportfahrzeuge benutzt, die beispielsweise über Steuervorrichtungen zum induktiven Abfühlen von Kraftlinien eines Magnetfeldes verfügen, das gebildet wird, wenn ein Wechselstrom durch die Leitungsschleife 2 fließt. Die praxisnahen Systeme enthalten gewöhnlich eine große Anzahl solcher Schleifen, die nahe zueinander verlegt sind. Die Steuerung kann wählbar aus­ gelegt werden, indem die Schleifen mit unterschiedlichen Frequenzen von ver­ schiedenen 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 dem Gerät 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 erfindungs­ gemäße Einrichtung eine vorteilhafte Lösung darstellt. Die Bruchstelle bewirkt, daß der Widerstand in der Schleife unendlich groß wird, wodurch das Spannungs­ signal im Schleifenteil 4 auf der einen Seite der Bruchstelle eine größere Amplitude erhält, während der andere, gewöhnlich zur Masse geschlossene Schleifenteil 5 auf der anderen Seite der Bruchstelle völligen Signalausfall erleidet, d. h. der Signalwert Null wird. Gleichzeitig erfolgt durch den unendlichen Widerstand in der Schleife eine Übersteuerung des Stromerzeugers, die einen Übergang der normalerweise überwiegend sinuswellenförmigen Signale in rechteckförmige Signale bewirkt, wodurch eine Menge Obertöne 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 des Gerätes im Sinne dieser Erfindung. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, verfügt das Gerät 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 eines sog. Differentialdrehkondensators, der an die getrennten Eingänge 8 u. 9 eines Differentialverstärkers 10 angeschlossen ist. Am Ausgang 11 des Differentialverstärkers 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 eines Spannungsmessers angeschlossen. Differentialverstärker 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 Fig. 3 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 verfügen. Die Plattenebene soll sich zur Fußbodenebene 23, auf der die Einrichtung verschoben wird, parallel verhalten. Die Kondensatorplatten 6 u. 7 liegen ferner auf ihre Ebene fluchtend voreinander, also nicht mit Seitenversatz zueinander bzw. quer zur Papierebene gesehen. Die Einheit 19 enthält in ihrer Hülle außerdem die Vorrichtung 24 zur Ermittlung von Spannungsunterschieden. Als Versorgungsquelle für die Elektronik in der Einheit 19 wird geeigneterweise eine Batterie oder ein Akkumulator verwendet. An dieser Vorrichtung 24 zur Ermittlung von Spannungsunterschieden ist also das Zeiger­ instrument 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.

Das Gerät funktioniert folgendermaßen:
Bei Verdacht auf Fehler in irgend einer Leitungsschleife wird zur Auffindung der Fehlerstelle das Ortungsgerät herangezogen. Mit Hilfe dieses Ortungsgerätes, also der Einheit 19, wird die Leitungsschleife 2 abgesucht, wobei das Gerät der Schleife entlang in Pfeilrichtung 25 geführt wird. Es wird dabei so geführt, daß die beiden in Reihe geschalteten Kondensator­ platten 6 u. 7 der Schleife 2 in ihrer Längsrichtung, d. h. der Pfeilrichtung 25 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 keinerlei feste Verbindung mit der Leitung, sondern ist eine frei bewegliche Einheit, die sich nur der kapazitiven Kopplung zwischen den Kondensatorplatten 6, 7 und der Leitungsschleife 2 bedient. Durch die verhältnismäßige Nähe der Kondensatorplatten 6 u. 7 zur Schleife 7 werden die Platten durch das um die Leitungsschleife 2 herum aufgebaute Elektromagnetfeld aufgeladen, wenn die Schleife am Stromerzeuger 1 angeschlossen ist und dieser einen elektrischen Strom abgibt. Falls ein Leitungsschaden vorliegt, wird der Stromfluß unterbrochen, während in dem einen Teil 4 der Schleife weiterhin elektrische Spannung ansteht. Die beiden Kondensatorplatten 6 u. 7 werden durch die in der Leitungs­ schleife 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 beaufschlagt, wobei der Differentialverstärker 24 den Spannungsunterschied zu Null abfühlt und kein Ausgabesignal an Ausgang 11 durchgibt. Das Zeigerinstrument 18 zeigt demnach keinen Ausschlag. Genau so verhält es sich, wenn das Ortungsgerät auf der anderen Seite der Bruchstelle 3 entlang der Leitungsschleife geführt wird, da die Kondensatorplatten 6 u. 7 dort ebenfalls im wesentlichen gleich hohe Spannung abfühlen, so daß der Differentialverstarker 10 fortgesetzt das Ausgabesignal Null ausgibt und das Zeigerinstrument 18 keinen nennenswerten Ausschlag zeigt. Wird das Ortungs­ gerät 19 verdreht oder schräg angehoben, können natürlich geringe Spannungs­ unterschiede entstehen, die jedoch nur einen kleinen Zeigerausschlag ergeben.

Wenn das Gerät dagegen an einer Bruchstellen vorbei­ geführt 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 Kondensator­ platte 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 Differentialverstärkers 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 verursacht. Nachdem das Ortungsgerät die Bruchstelle 3 überfahren hat und beide Kondensator­ platten 6 u. 7 sich auf der gleichen Seite von der Bruchstelle befinden, erhalten sie wiederum hauptsächlich gleich hohe Spannung, worauf das Zeigerinstrument 18 im wesentlichen auf Null zurückfällt.

Das Gerät funktioniert auch, wenn mehrere Leitungsschleifen dicht bei­ einander liegen und für eine dieser Schleifen der Verdacht auf Leitungsbruch besteht, weil die Kondensatorplatten 6 u. 7 nämlich immer einen Spannungsunterschied anzeigen, sobald das Ortungsgerät eine Bruchstelle überführt. 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 Obertöne erzeugt.

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 Ausführungsbeispiele 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 Spannungs­ abfall erleidet. Bei einem anders konstruierten Stromerzeuger 1 wäre es aber auch denkbar, daß dieser Teil 5 der Schleife im Falle eines Bruchschadens Spannung behält. Das Gerät 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 Zeiger­ instrument 18 verursachen würde; wenn sich die Kondensatorplatten 6 u. 7 dagegen jeweils auf verschiedenen Seiten der Bruchstelle befinden, würde ein Spannungs­ unterschied 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 über­ steigt, um hierdurch Spannungsänderungen infolge unsanfter Handhabung des Gerätes auszusondern. Das Gerät kann auch zur Fehlerortung und Störungssuche in anderen elektrischen Leitungsschleifen benutzt werden, z. B. Sendeschlingen zum Einsteuern von Omnibussen od.dg1. Fahrzeuge in Haltestellen. Überdies läßt sich das Gerät auch für elektrische Leitungsschleifen 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 Spannungs­ differenzen zu beiden Seiten der Fehlerstelle kann auch durch schlechten Kontakt, beispielsweise Oxydation in Leitungsanschlüssen und Steckverbindungen entstehen.

Claims (7)

1. Frei bewegliches Gerät zur Ortung einer Fehlerstelle mit erhöhtem Leitungswiderstand, beispielsweise Bruch, in einer elektrischen Leitungsschleife die durch wenigstens einen Stromerzeuger mit einem periodischen Signalstrom gespeist wird, mit wenigstens einem kapazitiven Element und einer an das kapazitive Element angeschlossenen Meßvorrichtung zur Anzeige einer Zustandsänderung bei der Messung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (19) zwei in einer Ebene hintereinander angeordnete kapazitive Elemente (6, 7) und eine an beide kapazitiven Elemente angeschlossene und das Anzeigeelement speisende Vorrichtung (24) zur Ermittlung von Spannungsunterschieden zwischen den beiden kapazitiven Elementen (6, 7) enthält.

2. Gerät gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Differentialdrehkondensator die beiden kapazitiven Elemente bildet.

3. Gerät gemäß den Patentansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (24) zur Ermittlung vor­ handener 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 ausgibt.

4. Gerät gemäß Patentanspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Ausgang (11) des Differentialverstärkers (10) ein Gleichrichter (13) und hinter diesem ein Verstärker (16) angeschlossen ist, an dessen Ausgang (17) die genannte Anzeigevorrichtung (18) angeschlossen ist.

5. Gerät gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (18) aus einem Spannungsmesser in Form eines Zeigerinstrumentes besteht.

6. Gerät 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 verhallen und ohne Seitenversatz in einer Flucht zueinander angeordnet sind.

7. Gerät gemäß eines der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Gerät (19) hauptsächlich als eine kastenförmige Hülle (22) 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 (21) versehen ist.