DE4031899A1 - Verfahren und vorrichtung zur codierung ferromagnetischer raeder von schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Übertragen von Daten auf ferromagnetische Räder von Schienenfahrzeugen mittels magnetischer Felder, die remanente Magnetfelder erzeugen, die von Magnetfelddetektoren erfaßt werden.

Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Schienenfahrzeugen, können deren Räder zur magnetischen Speicherung von Informationen herangezogen werden. Diese Informationen werden im allgemeinen in einem Binär-Code eingeschrieben und bedarfsweise gelesen und elektronisch verarbeitet. Voraussetzung ist, daß die Fahrzeugräder aus einem magnetisierbaren Stahl bestehen sowie eine für die magnetische Informationsspeicherung ausreichend hohe remagnente Flußdichte B_r und Koerzitivfeldstärke H_c aufweisen. Diese Bedingungen sind zum Beispiel bei den oft für Schienenfahrzeuge, insbesondere Güterwagen, ein­ gesetzten Kohlenstoffstählen erfüllt. Bei derartigen Stählen gelten als Richtwerte B_r = 0,5 bis 0,8 T, H_c = 5 bis 15 A/cm.

Die magnetische Codierung verlangt in der Praxis eine große Zahl binärer Codierungselemente, d. h. remanent-magnetische Polpaare, um beispielsweise die Wagennummer, das Fahrziel und die Ladung des betreffenden Wagens zu speichern. Bekannt sind magnetische Codier- und Ausleseeinrichtungen aus den deutschen Offenlegungsschriften 20 07 772 und 20 07 773. Zur Aufmagnetisie­ rung, d. h. zum Einschreiben der remanenten Polpaare, werden vorzugsweise Anordnungen mit Impulsmagnetisierung angewendet, die am Radreifen mit Hilfe eines Magnetisierungsjochs berührungsfrei, d. h. über Luftspalte remanente Polpaare erzeugt.

Das vorgenannte Magnetisierungsverfahren hat den Nachreil, daß die Marken, deren Eindringtiefe auf wenige Millimeter unter der Oberfläche beschränkt ist, durch erhöhte Temperaturen des Radreifens magnetisch degradieren. Dies äußert sich in der Abnahme der magnetischen Signalamplitude. Diese kann so stark abfallen, daß eine zuverlässige Auswertung nicht mehr möglich ist. Schädliche Temperaturerhöhungen werden in erster Linie beim Bremsen der Räder mit Hilfe von Bremsklötzen oder Bremsbacken verursacht, die zu den am weitesten verbreitete Bremseinrichtungen im spurgeführten Güterverkehr gehören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß der Einfluß der in den Radreifen hervorgerufenen Erwärmung auf die Magnetisierung vermindert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Magnetisierung mittels der magnetischen Felder zumindest teilweise in Bereichen der Räder durchgeführt wird, die wenigstens im Bremsbetrieb niedrigere Temperaturen annehmen als die Radreifen der Räder. Die Magnetisierung wird deshalb auch bei hohen Temperaturen in den Radreifen nicht so stark geschwächt, daß keine Signale in Magnetfelddetektoren beim Vorbeifahren erzeugt werden. Vor­ zugsweise werden in den Rädern magnetische Felder in radialen Richtungen erzeugt, wobei sich die Felder zumindest teilweise zwischen den Radreifen und den Naben der Räder erstrecken. Diese Bereiche werden beim Bremsen nicht unmittelbar, sondern nur über die Wärmeleitung von den Radreifen aus erwärmt. Aufgrund ihrer größeren Masse und der relativ großen Oberfläche treten in diesen Bereichen niedrigere Temperaturen beim Bremsen auf als in den Radreifen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß mindestens ein ortsfest angeordnetes Joch eines Elektromagneten mit seinen Polen derart auf ein Rad oder auf zwei auf einer ferromagnetischen Achse angeordnete Räder ausgerichtet ist, daß die Räder radial zwischen den Radreifen und den Naben magnetisiert werden. Unter radialer Magnetisierung ist hierbei zu verstehen, daß eine wesentliche radiale Komponente vorhanden ist. Solche Felder mit radialen Komponenten können durch die Anordnung der Pole des Elektromagneten in radialer Richtung der Räder oder an zwei Rädern erzeugt werden, die zu der gleichen Achse gehören. Bei der Ausrichtung der Pole auf zwei Räder schließt sich der magnetische Kreis während der Magnetisierung über die Achse. Die durch die Magnetisierung erzeugte Information muß jedoch nicht in dem bei der Erzeugung der Magnetisierung erzeugten Kreis enthalten sein. Es ist möglich, in einem Rad mehrere radiale Magnetfelder mit in radial einander entgegengesetzten Feldstärkerichtungen zu erzeugen. Nach dem Ende der von außen eingeleiteten Magnetfelder ergeben sich andere Feldverläufe, d. h. jeweils benachbarte Felder unterschiedlicher Richtungen wirken zusammen und rufen ein gemeinsames äußeres Streufeld hervor, das z. B. mit einer auf die Pole ausgerichteten Spule detektiert werden kann.

Die Pole des für die Erzeugung oder Löschung von Daten verwendeten Elektroma­ gneten können auf die Radreifen zweier eine gemeinsame Achse aufweisender Räder ausgerichtet sein. Hierbei wird der Elektromagnet zweckmäßigerweise zwischen den beiden Schienen angeordnet, so daß die Pole den Innenseiten der Radreifen zugeordnet sind.

Ein Magnetfelddetektor ist im Bereich des Streufeldes der remanenten Magnetfelder jeweils eines Rads vorgesehen. Längs des Umfangs des Rads sind in Abhängigkeit von den Gegebenheiten für die Magnetisierung eine Reihe von Zonen vorhanden, die jeweils Informationen in Form einzelner Bits enthalten. Die Gegebenheiten beruhen auf der zeitlichen Aufeinanderfolge der Stromim­ pulse im Elektromagneten bzw. auf der Anzahl von Elektromagneten, die nebeneinander angeordnet sind, um Daten in die Räder einzuschreiben.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.

Es zeigen

Fig. 1 eine herkömmliche Vorrichtung zum Einschreiben magneti­ scher Polpaare am Radreifen eines Eisenbahnrads mittels Impulsmagnetisierung von unten,

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Schnitt längs der Linien I-I,

Fig. 3 eine Vorrichtung zum Einschreiben eines speichenartigen magnetischen Codierungsmusters in die Radscheiben eines Radsatzes,

Fig. 4 ein Rad in Seitenansicht mit einem symbolisch angedeute­ ten magnetischen Codierungsmuster,

Fig. 5 eine Vorrichtung zur vielpoligen Magnetisierung eines Radsatzes in einer Ansicht von oben.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine bekannte Vorrichtung zur magnetischen Codierung von Rädern mittels Impulsmagnetisierung im Schema, wobei zugleich die Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems 1 dargestellt sind.

In Fig. 1 ist das bekannte Verfahren zur Radcodierung mittels Impulsma­ gnetisierung schematisch in der x-y-Ebene und der y-z-Ebene des eingezeich­ neten Koordinatensystems 1 dargestellt: Vor der Innenseite eines Radreifens 2 eines auf einer Schiene 3 rollenden Rades 4 ist ein U-förmiges Magnetjoch 5 mit einer Wicklung 6 angeordnet. Über zwei Luftspalten 7, 8 speist das Magnetjoch 5 einen Magnetisierungsfluß in den Radreifen 2 ein. Um zur Codierung H remanente Polpaare in den abrollenden Radreifen einzuprägen, werden H Magnetisierungsjoche oder ein kammartiges Joch mit einer entspre­ chenden Anzahl von Polen und Wicklungen in x-Richtung angeordnet. Bei dieser Magnetisierungsanordnung dringt der magnetische Fluß nur in geringer Tiefe in den Radreifen ein. Da der Radreifen üblicherweise nicht aus hartmagneti­ schem Material besteht, wird die dort eingeprägte Magnetisierung stark geschwächt oder gelöscht, sobald der Radreifen hohe Temperaturen annimmt, wie bei Bremsvorgängen unvermeidlich.

Um diese Nachteile zu vermeiden, werden gemäß der Erfindung im jeweiligen Rad zur Codierung remanente Felder in Bereichen erzeugt, die weniger hohe Temperaturen annehmen als die Radreifen 2. Es sind dies vorwiegend die Bereiche zwischen Radreifen 2 und Nabe. Eine Vorrichtung zur Erzeugung einer magnetischen Codierung, die auch in Radbereichen mit temperaturmäßig geringeren Beanspruchungen verläuft, zeigen die Fig. 3 bis 5. Der Magnetisierungsfluß wird für die Erzeugung einer derartigen magnetischen Codierung über die Teile eines kompletten Radsatzes geleitet, der aus Rädern 21, 22 und einer Achse 23 besteht. In diesen Teilen treten geringere Temperaturen beim Bremsen auf als in den mit 31 in Fig. 3 und 4 bezeichneten Radreifen der Räder 22, 23. Der Magnetisierungsfluß wird mit mindestens einem zwischen beiden Schienen 24 angeordneten ferromagnetischen Joch 25 erzeugt, das z. B. aus Dynamoblech besteht. Das Joch 25 weist eine Wicklung 26 auf, durch die ein Magnetisierungsstrom I geleitet wird, wodurch ein magnetischer Fluß Φ erzeugt wird. Die Pole des Jochs 25 befinden sich in Höhe der Radsätze 31, d. h. sie stehen den Radsätzen 31 im Abstand von Luftspalten 27, 28 gegenüber. Der vom Joch 25 erzeugte Fluß g durchsetzt die Luftspalte 27, 28 sowie die Räder 21, 22 und die Achse 23 des Radsatzes. Dabei hat der Fluß Φ eine ausgeprägte Komponente 29 in radialer Richtung in den Radscheiben 21a, 22a der Räder 21, 22.

Die radial durchfluteten Radscheibenbereiche 21a, 22a werden mit Hilfe des Magnetisierungsjochs 25 vorübergehend oder bis in die Nähe der magnetischen Sättigung erregt, daher verbleiben dort speichenähnliche dauermagnetische Zonen nach Art remanentmagnetischer Speichen 30. Die nach der Magnetisierung von den remanentmagnetischen Speichen 30 ausgehenden magnetischen Flüsse durchsetzen auch die Radreifen 31 und können beispielsweise an deren Innenflächen als Streuflüsse mittels magnetischer Sensoren berührungsfrei erfaßt werden. Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß die remanenten Codierungssignale aus Radbereichen geliefert werden, die nicht wie die Radreifen bei Bremsvorgängen hohen Temperaturen ausgesetzt sind.

Die Fig. 4 zeigt eine Magnetisierungskonfiguration, die in den Radscheiben 21a bzw. 22a nach dem Einschreiben von acht Speichen 30 verbleibt. Benach­ barte Speichen 30 sind in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert. Ohne Einprägung eines äußeren magnetischen Flusses Φ verlaufen die remanenten Magnetfelder bei den Speichen 30 auf die in Fig. 4 gezeigte Art, d. h. im Bereich der Radnaben schließen sich die remanenten Magnetfelder zweier benachbarter Speichen 30. Mindestens ein ortsfester Magnetfeldsensor zur Erfassung der Streufelder ist dann im Bereich zwischen den Polen der Streufelder anzuordnen. Am Umfang des in Fig. 4 dargestellten Radreifens ist ein Streufeld detektierbar, das mit der Polaritätsfolge +..-..+..-..-..+..-..+ moduliert ist (plus steht für Nordpol, minus für Südpol).

Um in einer Anordnung nach Fig. 2 die Räder eines Radsatzes mit N magneti­ schen Marken zu versehen, werden nach Fig. 5 zwischen Schienen 41, 42 in Fahrtrichtung N Magnetisierungsjoche 43 installiert. Dabei werden die Wicklungen der einzelnen Joche entsprechend dem verlangten Codierungsschema der Reihe nach gleichsinnig oder gegensinnig erregt.

Der Magnetfeldsensor kann in Höhe des Verfahrwegs der Radreifen 31 liegen. Es ist möglich, je einen Magnetfeldsensor beiderseits der Reihe von Magnetisie­ rungsjochen 43 anzuordnen, um z. B. vor einer erneuten Magnetisierung die gespeicherten Daten in den vorbeibewegten Rädern zu erfassen. Die Freigabe des jeweiligen Magnetfeldsensors hängt dabei von der Bewegungsrichtung der Räder ab, die von einem gesonderten Sensor festgestellt werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zum Übertragen von Daten auf ferromagnetische Räder von Schienenfahrzeugen mittels magnetischer Felder, die remanente Magnetfelder erzeugen, die von Magnetfelddetektoren erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung mittels der magnetischen Felder zumindest teilweise in Bereichen der Räder durchgeführt wird, die wenigstens im Bremsbetrieb niedrigere Temperaturen annehmen als die Radreifen der Räder.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rädern remanente magnetische Felder in radialen Richtungen erzeugt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein orstfest angeordnetes Joch (25) eines Elektro­ magneten mit seinen Polen derart auf ein Rad (21) oder auf zwei Räder (21, 22) eines Radsatzes ausgerichtet ist, daß die Räder (21, 22) radial in den Bereichen innerhalb der Radreihen (31) magnetisiert werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (25) zwischen zwei Schienen (24) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole des Joche (25) in Höhe der Radreifen (31) angeordnet sind und diesen im Abstand von Luftspalten (27, 28) gegenüberste­ hen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Jochs (43) im Abstand voneinander parallel zueinander angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Magnetfelddetektor im Bereich des Streufelds zwischen zwei Polen des remanenten Magnetfelds eines Rads an­ geordnet ist.