DE4432886A1 - Vorrichtung zur Lokalisierung magnetischer Teile und zur Anzeige der magnetischen Feldstärke und Richtung des Magnetfeldes dieser Teile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lokalisie­ rung magnetischer Teile und zur Anzeige der magnetischen Feldstärke und Richtung des Magnetfeldes dieser Teile, ins­ besondere bei Stadtbahnwagen im Bereich von Sensoren zur Standorterkennung unter Verwendung einer Hallsonde.

Zur Standorterkennung bei Stadtbahnen werden codierte Streckenparameter durch Anbringung von Permanentmagneten mit wechselseitig angeordneten Polaritäten benutzt. Dieser Mag­ netcode wird durch einen den Hall-Effekt nutzenden Sensor erfaßt, der im Drehgestell der Stadtbahnwagen angeordnet ist. Die Ausgangssignale des Sensors werden in eine Aus­ werteeinrichtung zur Standorterkennung eingespeist. Es ist bekannt, daß im Fahrbetrieb Magnetisierungen des Drehgestel­ les oder Teile des Drehgestelles auftreten. Diese Magneti­ sierungen führen zu Fehlfunktionen des Sensors und damit zu falschen Standorterkennungen. Die Fehlersuche und Lokalisie­ rung des magnetisierten Teiles wurde bisher mit Hilfe eines Handkompasses durchgeführt. Diese bekannte Verfahren zur Fehlerortung ist umständlich, zeitaufwendig und ungenau. Es ergeben sich entsprechend hohe Entstörzeiten mit entspre­ chend hohen Kosten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die genauer, schneller und einfacher arbeitet, so daß die Ent­ störzeiten und die mit der Fehlerortung und Entstörung ver­ bundenen Kosten verringert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine schnelle, einfache und sehr zuverlässige Fehlersuche, d. h. Erfassung von magnetisierten Teilen, wodurch die Entstörzei­ ten wesentlich verringert werden können. Der Arbeitsablauf bei der Entstörung von magnetisierten Bauteilen am Stadt­ bahnwagen wird wesentlich verbessert, wodurch eine erhebli­ che Kostensenkung erzielt wird.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gehäuses für ein Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 ein Schaltbild der Vorrichtung nach Fig. 1.

In der Fig. 1 ist ein Gehäuse 2 einer in Fig. 2 darge­ stellten Vorrichtung zur Lokalisierung magnetischer Teile und Anzeige der magnetischen Feldstärke und Richtung des Magnetfeldes dargestellt. Das Gehäuse 2 ist aus einer oberen Gehäusehälfte 4 und einer unteren Gehäusehälfte 6 zusammen­ gesetzt ist. Die obere Gehäusehälfte 4 und die untere Gehäu­ sehälfte 6 bestehen aus einem nicht ferromagnetischen Mate­ rial und sind mittels einer Vorderplatte 10 und Hinterplatte 12 sowie Schrauben, von denen nur eine Schraube 8 beispiel­ haft bezeichnet ist, lösbar miteinander verbunden. Eine Vor­ derseite 10 des Gehäuses ist bei Betrieb der Vorrichtung einem zu untersuchenden möglicherweise magnetisierten Teil zugewandt. Auf einer Oberseite 12 des Gehäuses 2 ist ein Taster 14 angeordnet, durch den die Vorrichtung in Betrieb setzbar ist. Auf einer Rückseite 16 weist das Gehäuse eine Leuchtdiode 18 auf, die bei betätigtem Taster 14 anzeigt, daß sich die Vorrichtung im Betriebszustand befindet. Zwei weitere Leuchtdioden 20, 22 dienen zur Anzeige eines Magnet­ feldes nach Betrag und Richtung, wobei das Leuchten der Leuchtdiode 22 das Vorhandensein eines magnetischen Feldes in einer ersten Richtung anzeigt, während das Leuchten der Leuchtdiode 20 das Vorhandensein eines magnetischen Feldes in einer der ersten Richtung entgegengesetzten, zweiten Richtung anzeigt. Die Lichtstärke der jeweiligen Leuchtdiode 20, 22 ist ein Maß für den Betrag der jeweiligen magneti­ schen Induktion.

In der Fig. 2 ist eine Schaltung 24 der Vorrichtung zur Lokalisierung magnetischer Teile und Anzeige der magneti­ schen Feldstärke und Richtung des Magnetfeldes dargestellt. Die Schaltung 24 wird aus einer nicht dargestellten Batterie über einen nicht dargestellten Schalter mit einer Gleich­ spannung U_B gespeist. Der nicht dargestellte Schalter ist durch Betätigen des Tasters 14 schließbar, so daß durch Be­ tätigen des Tasters 14 die Gleichspannung U_B eingeschaltet und die Vorrichtung somit in Betrieb gesetzt wird.

Eine Hallsonde 26 liegt über in Reihe zu ihr geschalte­ te Vorwiderstände 28 und 30 an der Batteriespannung U_B. Eine Steuerelektrode 34 der Hallsonde 26 ist mit einer Klemme 28′ des Vorwiderstandes 28 verbunden, dessen andere Klemme 28′′ mit der Batteriespannung +U_B verbunden ist. Die andere Steu­ erelektrode 36 der Hallsonde 26 ist mit einer Klemme 30′ des Vorwiderstandes 30 verbunden, dessen andere Klemme 30′′ mit Masse verbunden ist. Bei Betrieb der Vorrichtung ist die Hallsonde 26 von einem Steuerstrom I_ST durchflossen, dessen Richtung durch einen Pfeil 32 symbolisiert ist. Parallel zu den Steuerelektroden 34, 36 der Hallsonde 26 liegt ein ein­ stellbarer Widerstand 38, durch den der Steuerstrom I_ST ein­ stellbar ist. Bei Betrieb der Vorrichtung und Vorhandensein eines Magnetfeldes liegt an Klemmen 40, 42 der Hallsonde 26 eine Hall-Spannung U_H an, die bei senkrecht zur Oberfläche der Hallsonde 26 verlaufenden Feldlinien zu der magnetischen Induktion B und dem Steuerstrom I_st proportional ist.

Beispielsweise liegt bei in der ersten Richtung senk­ recht zur Oberfläche der Hallsonde 26 verlaufenden Feldli­ nien der magnetischen Induktion an den Klemmen 40, 42 eine Hall-Spannung U_H an, deren Richtung durch einen Pfeil 44 symbolisiert ist, während bei in der zweiten, zu der ersten entgegengesetzten Richtung senkrecht zur Oberfläche der Hallsonde verlaufenden Feldlinien der magnetischen Induktion B an den Klemmen 40, 42 eine Hall-Spannung U_H anliegt, deren Richtung durch einen Pfeil 46 symbolisiert ist und zu der durch den Pfeil 44 symbolisierten Richtung entgegengesetzt ist.

Die Klemme 40 ist über einen Widerstand 48 mit der N- Eingangsklemme 50 eines Operationsverstärkers 52 verbunden, während die Klemme 42 über einen Widerstand 54 mit der P- Eingangsklemme 56 des Operationsverstärkers 52 verbunden ist. Die P-Eingangsklemme 56 des Operationsverstärkers 52 ist über einen Widerstand 58 mit dem Mittelabgriff 60′′′ eines einstellbaren Widerstandes 60 verbunden, dessen eine Klemme 60′ über einen Widerstand 64 mit der Batteriespannung +U_B verbunden ist, während seine andere Klemme 60′′ über einen Widerstand 62 mit Masse verbunden ist. Es ist ein Kon­ densator 65 vorgesehen, dessen eine Klemme 65′ mit der Bat­ teriespannung +U_B verbunden ist, während seine andere Klemme 65′′ mit Masse verbunden ist.

Die Ausgangsklemme 66 des Operationsverstärkers 52 ist über einen Rückkopplungswiderstand 68 mit der N-Eingangs­ klemme 50 des Operationsverstärkers 52 verbunden, so daß der Operationsverstärker 52 als invertierender Verstärker ge­ schaltet ist. Die Ausgangsspannung U_A des Operationsverstär­ kers 52 ist somit zu dem mit einem negativen Vorzeichen be­ werteten Betrag der Hall-Spannung U_H proportional. Falls die Richtung der Hall-Spannung U_H die durch den Pfeil 44 symbo­ lisierte Richtung hat, so hat die Ausgangsspannung U_H des Operationsverstärkers 52 eine durch einen Pfeil 70 symboli­ sierte Richtung, während bei einer Hall-Spannung U_H, die die durch den Pfeil 46 symbolisierte Richtung hat, die Ausgangs­ spannung eine durch einen Pfeil 72 symbolisierte Richtung hat.

Die Leuchtdiode 18 liegt über zu ihr in Reihe geschal­ tete, einstellbare Vorwiderstände 74, 76 an der Gleichspan­ nung U_B. Die Anode 18′ der Leuchtdiode 18 ist mit einer Klemme 74′′ des Widerstandes 74 verbunden, dessen andere Klemme 74′ mit der Batteriespannung +U_B verbunden ist. Die Kathode 18′′ der Leuchtdiode 18 ist mit einer Klemme 76′ des Widerstandes 76 verbunden, dessen andere Klemme 76′′ mit Masse verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß bei der in Fig. 2 dargestellten Polarität der Gleichspannung U_B die Leucht­ diode 18 bei Betrieb der Vorrichtung in Flußrichtung gepolt ist. Über der Leuchtdiode 18 fällt somit eine Durchlaß-Span­ nung ab, und es fließt ein Durchlaßstrom 118, dessen Betrag von der Größe der Vorwiderstände 74, 76 abhängig ist. Die Lichtstärke der Leuchtdiode 18 ist vom Betrag des Durchlaß- Stromes I₁₈ abhängig und steigt mit zunehmendem Durchlaß- Strom I₁₈ an.

Parallel zu der Leuchtdiode 18 liegen die in Reihe ge­ schalteten Leuchtdioden 20, 22, wobei die Vorwiderstände 74, 76 die Vorwiderstände der Leuchtdioden 20, 22 bilden. Die Anode 20′ der Leuchtdiode 20 ist mit der Klemme 74′′ des Widerstandes 74, dessen andere Klemme 74′ mit der Batterie­ spannung +U_B verbunden ist und mit der Anode 18′ der Leucht­ diode 18 verbunden, während die Kathode 20′′ der Leuchtdiode 20 mit der Ausgangsklemme 66 des Operationsverstärkers 52 und der Anode 22′ der Leuchtdiode 22 verbunden ist. Die Ka­ thode 22′′ der Leuchtdiode 22 ist mit der Kathode 18′ der Leuchtdiode 18 und einer Klemme 76′ des Widerstandes 76 ver­ bunden ist, dessen andere Klemme 76′′ mit Masse verbunden ist. Bei Betrieb in Durchlaßrichtung fällt über der Leucht­ diode 20 eine Durchlaßspannung ab, und es fließt ein Durch­ laßstrom 120, dessen Richtung durch einen Pfeil 78 symboli­ siert ist. Bei Betrieb der Leuchtdiode 22 in Durchlaßrich­ tung fällt an dieser eine Durchlaßspannung ab, und es fließt ein Durchlaß-Strom I₂₂, dessen Richtung durch einen Pfeil 80 symbolisiert ist. Es ist ersichtlich, daß über der Reihen­ schaltung aus Leuchtdiode 22 und Vorwiderstand 76 die Aus­ gangsspannung U_A des Operationsverstärkers 52 abfällt.

Es sei zunächst angenommen, daß die Vorrichtung sich in einem Magnetfeld befinde, dessen Feldlinien senkrecht zu der Oberfläche der Hallsonde 26 verlaufen und so orientiert (er­ ste Richtung) seien, daß die Hall-Spannung U_H die Richtung des Pfeiles 46 hat. Aufgrund des invertierenden Verhaltens des Operationsverstärkers 52 hat dann die Ausgangsspannung U_A des Operationsverstärkers 52 die Richtung des Pfeiles 72. Der Betrag der Ausgangsspannung U_A ist zu dem Betrag der Hall-Spannung U_H proportional. In diesem Zustand ist die Leuchtdiode 22 in Flußrichtung gepolt und von einem Durch­ laß-Strom I₂₂ durchflossen, dessen Richtung durch den Pfeil 80 symbolisiert ist. Die Leuchtdiode 20 ist hingegen nicht von einem Durchlaßstrom durchflossen. Insgesamt leuchtet somit die Leuchtdiode 22 und zeigt das Vorhandensein eines magnetischen Feldes in der ersten Richtung an. Die Leucht­ diode 20, die nicht von einem Durchlaßstrom durchflossen ist, leuchtet nicht. Steigt die magnetische Induktion, bei­ spielsweise beim Entlangstreichen der Vorrichtung an einem über seine Ausdehnung unterschiedlich magnetisierten, zu untersuchenden Teil an, so steigt auch der Betrag der Hall- Spannung U_H an. Infolgedessen steigt auch der Betrag der Ausgangsspannung U_A an, so daß sich der Durchlaß-Strom I₂₂ durch die Leuchtdiode 22 erhöht. Infolgedessen steigt auch die Lichtstärke der Leuchtdiode 22 an. Durch den Anstieg der Lichtstärke der Leuchtdiode 22 ist somit ein Anstieg der magnetischen Induktion B angezeigt.

Nun sei angenommen, daß die Feldlinien der magnetischen Induktion derart orientiert (zweite Richtung) sind, daß die Hall-Spannung U_H die Richtung des Pfeiles 44 hat. Aufgrund des invertierenden Verhaltens des Operationsverstärkers 52 hat somit die Ausgangsspannung U_A des Operationsverstärkers 52 die Richtung des Pfeiles 70. Es ist ersichtlich, daß in diesem Zustand die Leuchtdiode 22 in Sperrichtung gepolt ist und somit nicht leuchtet. Da über der Leuchtdiode 18 weiter­ hin die Durchlaß-Spannung U_D abfällt, fällt auch über der Leuchtdiode 20 die Durchlaß-Spannung ab, so daß die Leucht­ diode 20 von einem Durchlaßstrom 120 in der Richtung des Pfeiles 78 durchflossen ist. Somit leuchtet die Leuchtdiode 20 und zeigt das Vorhandensein eines magnetischen Feldes in der zweiten Richtung an. Erhöht sich der Betrag der magneti­ schen Induktion, so erhöht sich auch der Betrag der Hall- Spannung U_H, so daß sich auch der Betrag der Ausgangsspan­ nung U_A des Operationsverstärkers 52 erhöht. Aufgrund dessen steigt der Betrag des Durchlaß-Stromes 120 an, so daß sich die Lichtstärke der Leuchtdiode 20 erhöht.

Die Lichtstärke der Leuchtdioden 20 und 22 ist ein Maß für die Stärke des magnetischen Feldes, so daß über die Lichtstärke das magnetische Maximum eines magnetisierten Bauteiles feststellbar ist. Damit ist die beschriebene Vor­ richtung vorzüglich geeignet, magnetische Teile im Drehge­ stell von Stadtbahnwagen, insbesondere im Bereich von Senso­ ren zur Standortbestimmung zu lokalisieren, der Magnetisie­ rungsgrad abzuschätzen und das magnetische Maximum dieser Teile und die Richtung der magnetischen Feldlinien zu erken­ nen.

Die Handhabung der beschriebenen Vorrichtung ist sehr einfach. Die Vorrichtung bzw. das Gehäuse 2 kann mit der flachen Vorderseite 10 einhändig parallel zu dem zu unter­ suchenden, vermutlich magnetisierten Teil gehalten werden. Ist das Teil magnetisiert, leuchtet je nach Orientierung der magnetischen Feldlinien zusätzlich zu der den Betriebszu­ stand anzeigenden Leuchtdiode 18 die eine oder andere Leuchtdiode 20 oder 22 auf. Durch Entlangstreichen am zu untersuchenden Teil im geringen Abstand dazu kann das magne­ tische Maximum anhand der Leuchtintensität der Dioden fest­ gestellt werden. Eine Umkehrung der Orientierung der magne­ tischen Feldlinien relativ zur Vorrichtung wird durch Um­ springen des Leuchtens auf die andere Leuchtdiode angezeigt. Das betreffende magnetisierte Teil kann somit schnell und sicher erkannt werden, und entsprechend schnell kann dann die Entmagnetisierung durchgeführt werden, um eine einwand­ freie Funktion der Sensoren für die Standortbestimmung zu gewährleisten. Die beschriebene Vorrichtung kann auch zur Überprüfung des Restmagnetismus verwendet werden, wobei das Erdmagnetfeld als Vergleichsfeld herangezogen werden kann, indem die Vorderseite der beschriebenen Vorrichtung parallel zum Erdmagnetfeld ausgerichtet wird und die Intensität der jeweiligen Leuchtdiode abgelesen wird.

Zwecks Steigerung der Richtwirkung ist die Hallsonde 26 zwischen zwei lamellierten Blechpaketen angeordnet, durch deren weichmagnetische Eigenschaften auch die Empfindlich­ keit (Feldlinienkonzentration) gesteigert wird.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Lokalisierung magnetischer Teile und zur Anzeige der magnetischen Feldstärke und Richtung des Magnet­ feldes dieser Teile, insbesondere bei Stadtbahnwagen im Be­ reich von Sensoren zur Standorterkennung, unter Verwendung einer Hallsonde, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Induktion des magnetischen Feldes des magnetischen Teiles abhängige Hall-Spannung U_H oder eine von der Hall-Spannung abhängige Spannung (U_A) an eine oder mehrere Leuchtdioden (20, 22) angelegt ist, deren Leuchtstärke von der angelegten Spannung abhängt und damit ein Maß für die Größe der magne­ tischen Induktion bzw. die Stärke des Magnetfeldes ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Hallsonde (26) durch einen Opera­ tionsverstärker (52) verstärkt ist, dessen Ausgangsanschluß (66) an die Anode (22′) einer ersten Leuchtdiode (22), die bei einem in einer ersten Richtung verlaufenden Magnetfeld anspricht, und an die Kathode (20′′) einer zweiten Leuchtdio­ de (20) angeschlossen ist, die bei einem in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung verlau­ fenden Magnetfeld anspricht und in Reihe mit der ersten Leuchtdiode geschaltet ist, wobei die Kathode (22′′) der er­ sten Leuchtdiode (22) über einen Vorwiderstand (76) an Masse und die Anode (20′) der zweiten Leuchtdiode (20) über einen Vorwiderstand (74) an eine Spannungsquelle (+U_B) für die Hallsonde (26) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Reihenschaltung aus erster Leuchtdiode und zweiter Leuchtdiode (22) und (20) eine dritte Leuchtdiode (18) zur Anzeige der Betriebsbereitschaft der Vorrichtung geschaltet ist, deren Anode (18′) mit der Anode (20′) der zweiten Leuchtdiode (20) und deren Kathode (18′′) mit der Kathode (22′′) der ersten Leuchtdiode (22) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (66) des Operationsverstärkers (52) über einen Rückkopplungswiderstand (68) mit dem N-Eingang (50) des Ope­ rationsverstärkers (52) verbunden ist, derart, daß der Ope­ rationsverstärker (52) als invertierender Verstärker ausge­ bildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwiderstände (74) und (76) einstellbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hallsonde (26) in einem aus einem nicht ferromagnetischen Material bestehenden Gehäuse (2) im Bereich der Vorderseite (10) des Gehäuses und die Leuchtdioden (20, 18 und 22) in der Rückseite (16) des Ge­ häuses angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom I_ST der Hallsonde (26) durch einen parallel zu den Steuerelektroden (34) und (36) der Hallsonde angeordneten, einstellbaren Widerstand (38) einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode (18) für die Betriebsbereitschaftsanzeige zwischen den beiden Leuchtdioden (20) und (22) für die An­ zeige eines Magnetfeldes nach Betrag und Richtung angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hallsonde (26) zwischen lamel­ lierten Blechpaketen angeordnet ist.