DEP0044146DA - Elektromagnetischer Impulsgeber für die Achszählung - Google Patents

Description

Während bei den auf mechanischer Einwirkung beruhenden Formen der Gleisgeräte als Impulsgeber die Steuerung durch die Fahrzeugachsen mittels beweglicher Schaltorgane, wie Blattfedern, Kontaktschienen oder dgl., erfolgt, wird bei magnetischen Impulsgeber die Änderung des magnetischen Kraftflusses, hervorgerufen durch die Leitwertänderung eines magnetischen Kreises, dazu benutzt, einen mit dem Zählgerät in Verbindung stehenden Stromkreis zu steuern. Auf diese Weise werden die besonders großen Fahrzeuggeschwindigkeiten unliebsamen und mit starkem Materialverschleiß verbundenen Massenbeschleunigungen von Schaltorganen praktisch vollkommen vermieden. Die Beeinflussung des Impulsgebers ist trägheitslos.

Andererseits darf die Wirkungsweise des Impulsgebers nicht geschwindigkeitsabhängig sein, wie dies z.B. bei den bekannten induktiven Systemen der Fall ist.

Für eine betriebssichere Arbeitsweise ist es wichtig, dass die ursprünglich relativ geringe Kraftflussänderung beim Vorbeirollen eines Rades in eine relativ große umgesetzt wird, der Kraftfluss also z.B. von Null auf einen Maximalwert oder noch besser, von einem negativen auf einen positiven Wert ansteigt. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung ein elektromagnetischer Impulsgeber für die Achszählung vorgeschlagen, bei dem magnetische Kreise durch die vorbeirollenden Achsen beeinflusst werden, und der dadurch gekennzeichnet ist, dass durch Kopplung eines Nebenflusses mit dem Hauptkraftfluss die relative magnetische Flussänderung des Nebenkreises ein Vielfaches derjenigen des Hauptkreises beträgt.

In der zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt. In einer gewissen Entfernung von der Fahrschiene S befindet sich ein Elektromagnet, gebildet aus zwei Hauptkernen K(sub)h mit ihrer Erregerwicklung W(sub)h. Das Kernjoch ist mit einem Luftspalt d(sub)h versehen. Durch den Kraftfluss (Phi)(sub)1, hervorgerufen durch die magnetische Umlaufspannung, treten magnetische Spannungsabfälle auf, und zwar im wesentlichen ein größerer zwischen den Außenflächen der beiden Polschuhe, ein kleinerer im Luftspalt d(sub)h. Parallel zu dem magnetischen Widerstand des Luftspalt d(sub)h liegt als magnetischer Nebenschluss ein magnetischer Kreis mit seinen Kernen und Jochen K(sub)n und einem Luftspalt d(sub)n. Beispielsweise erhalten die Kerne K(sub)n eine Erregerwicklung W(sub)k. Ist die magnetische Umlaufspannung, erzeugt durch seine Erregerwicklung (Kompensationswicklung) W(sub)k größer als der magnetische Spannungsabfall des Hauptflusses (Phi)(sub)1 m Luftspalt d(sub)h und diesem entgegenwirkend, so wird ein zweiter (Neben-)Fluss (Phi)(sub)2 über den Luftspalt d(sub)n und den magnetischen Kreis K(sub)n-d(sub)n erzeugt. Im Luftspalt d(sub)n befindet sich ein gepolter Anker a(sub)p. Gemäß dem Vorzeichen der im Luftspalt d(sub)n beherrschenden magnetischen Induktion wird der Anker, wie Abb. 1 zeigt, nach dem rechten Pol hin angezogen und schließt dabei, entsprechend der Grundstellung des Systems, den Ruhekontakt k(sub)1.

Wie aus Abb. 2 hervorgeht, wird bei Vorüberfahren eines Rades R der magnetische Leitwert des Hauptkreises k(sub)h-d(sub)h vergrößert. Dies hat eine entsprechende Zunahme des Hauptkraftflusses (Phi)(sub)1 auf einen neuen Wert (Phi)'(sub)1 zur Folge. Dementsprechend steigt auch der magnetische Spannungsabfall im magnetischen Widerstand d(sub)h. Die magnetische Umlaufspannung der Wicklung w(sub)k ist nunmehr dem Spannungsdruck des Hauptkreises nicht mehr gewachsen; der ursprüngliche Fluss (Phi)(sub)2 wird - bei passender Relation der Wicklung - den umgekehrten

Wert (Phi)'(sub)2 annehmen. Der gepolte Anker a(sub)p wird nach der anderen Seite bewegt und der Kontakt k(sub)a geschlossen.

Bezeichnet man mit:

R(sub)o = Magnetischer Widerstand der Hauptpole bei Grundstellung (cm(exp)-1)

R(sub)a = Magnetischer Widerstand der Hauptpole bei Arbeitsstellung,

d.h. Rad vor Systemmitte (cm(exp)-1)

R(sub)h = Magnetischer Widerstand des Hauptluftspalts d(sub)h (cm(exp)-1)

R(sub)n = Magnetischer Widerstand des Arbeitsluftspalts d(sub)n (cm(exp)-1)

(Phi)(sub)h = Magnetische Durchflutung des Hauptkreises (A) Ampere

(Phi)(sub)k = Magnetische Durchflutung des Nebenkreises (A) Ampere

k = (Phi)(sub)k/(Phi)(sub)h = Kompensationsfaktor

C = Gerätekonstante <Formel>

Z(sub)o = die auf den Anker ausgeübte Zugkraft bei Grundstellung (g)

Z(sub)a = die auf den Anker ausgeübte Zugkraft bei Arbeitsstellung (g)

so wird die Zugkraft bei der geschilderten Anordnung

Dabei bedeuten

c(sub)o=R(sub)h*R(sub)n + R(sub)o(R(sub)h + R(sub)n) = Widerstandsoperator bei

Grundeinstellung(cm(exp)-2)

c(sub)a=R(sub)h*R(sub)n + R(sub)a(R(sub)h + R(sub)n) = Widerstandsoperator bei

Arbeitsstellung (cm(exp)-2)

Z(sub)a=-Z(sub)o, wenn das Verhältnis k der Durchflutungen (Phi)(sub)k und(Phi)(sub)h.

Der Durchflutungsaufwand (Phi) = (Phi)(sub)h + (Phi)(sub)k wird ein Minimum, wenn

Die geschilderten Vorgänge sind in ihrem Ablauf von der Geschwindigkeit, mit der die Zugachsen vorbeilaufen, praktisch unabhängig. Die Kontakteinrichtung a(sub)p, k(sub)a und k(sub)r besitzen sehr kleine Abmessungen und arbeitet daher fast trägheitslos. Andererseits sind die magnetischen Flussänderungen und damit die Zugkräfte in Arbeitsluftspalt d(sub)n so erheblich, dass bei allen praktisch vorkommenden Schwankungen noch ein genügender Leistungsüberschuss vorhanden ist.

Naturgemäß laufen im praktischen Betrieb - je nach der Schienen- und Radbenutzung und der Spurerweiterung - die Räder nicht in gleichmäßiger Entfernung, sondern in mehr oder weniger verschiedenem Abstand an den Polschuhen vorbei, sodass in der Praxis mit verschiedenen Werten von R(sub)a zu rechnen ist. Dementsprechend verhält sich auch die Kraftflussänderung des Systems. Diese ist aber im Grenzfalle noch so groß, dass die Sicherheit der Kontaktbewegung gewährleistet ist.

Die beschriebene Einrichtung bedarf, da sie dauernd betriebsbereit sein muss, einer Dauer-Erregung. Die erforderliche Erregerleistung ist aber relativ gering.

Der Arbeitskontakt k(sub)a wird in der Regel nicht benutzt. Alle Leitungen stehen dann unter Ruhestrom und lassen sich gemäß der in der Sicherheitstechnik üblichen Regel dauernd überwachen. Die zu überwachenden Gleis- und Weichenabschitte werden im allgemeinen in beiden Richtungen befahren; es muss daher Vorsoge getroffen sein, dass in dem einen Fall eine Achs-Einzählung, im anderen Fall dagegen eine Achs-Auszählung erfolgt. Beide an sich verschiedenen Wirkungen können naturgemäß nicht durch ein einziges Magnetsystem, wie in Abb. 1 dargestellt, ausgelöst werden, vielmehr sind für diesen Zweck zwei voneinander unabhängige Geräte erforderlich. Dabei können diese an derselben Fahrschiene oder an verschiedenen Fahrschienen angeordnet werden.

Mit Rücksicht auf eine einwandfreie Wirkung ist eine gewisse Überlappung der Arbeitsbereiche anzustreben. Diese Überlappung ergibt sich aus der mit dem Impulsgeber zusammenarbeitende Sperrkreisspaltung, die bei der einen Fahr-Richtung eine Einzählung, bei der entgegengesetzten Fahr-Richtung dagegen eine Auszählung bewirkt. Werden die beiden Geräte für die Ein- bzw. Auszählung an verschiedenen Fahrschienen angeordnet, so ist die erwähnte Überlappung ohne weiteres durch entsprechendes Verschieben in der einen oder anderen Fahr-Richtung zu erzielen.

Anders liegt die Verhältnisse dagegen, wenn die Systeme (Impulsgeber an derselben Fahrschiene liegen, was bei Platzmangel (z.B. bei Kreuzungserweichen und Gleisverbindungen) manchmal nicht zu umgehen ist. In solchen Fällen wird, um die erwähnte Arbeitsüberlappung mit Sicherheit zu gewährleisten, der Aufbau des Impulsgebers mit zwei unmittelbar nebeneinander liegenden Systemen durchzuführen sein, wie Abb. 3 veranschaulicht.

Bei dieser Ausführung ist der Mittelkern für beide Systeme gemeinsam. Im übrigen arbeiten hierbei die beiden Kontaktsysteme in derselben Weise, wie bei getrennten Geräten, dagegen ist die Erregerleistung wegen des einen gemeinsamen Kernes etwas geringer. Die Gestehungs- und Einbaukosten vermindern sich nicht unerheblich.

Die Arbeitsvorgänge lassen sich leicht an Hand des Schaubildes in Abb. 4 betrachten. Der Arbeitsbereich des Gerätes Ge erstreckt sich von Punkt 1 bis Punkt 2, d.h. eine Achse in Richtung 1-1', so öffnet der Kontakt von Ge bei Punkt 1 und schließt wieder bei Punkt 2, derjenigen des Geräts Ga von Punkt 2' bis Punkt 1! Dabei können die Wirkungsbereiche gleichgesetzt werden (w =w'), wenn die Geräte Ge und Ga an derselben Fahrschiene nebeneinander liegen, da dabei der Spurkranz von beiden Magnetsystemen denselben Abstand hat. Wird dieser Abstand größer, so vermindert sich die Überlappung ü, wird er geringer, so vergrößert sich diese, da die Wirkpunkte 1 - 2 bzw. 1' - 2' zusammen- bzw. auseinanderrücken. Dies rührt daher, dass der Tiefpunkt der beiden Arbeitskurven nach oben rückt und damit ihr Bereich unterhalb der Abszisse kleiner wird (s. Abb. 5 ).

Anders liegen die Verhältnisse bei Lagerung der Systeme Ge und Ga an verschiedenen Fahrschienen. Hierbei entspricht einer Verringerung des Spurkranzabstandes bei einem Gerät eine entsprechende Vergrößerung beim anderen. Während sich hierbei die Arbeitsbereiche w und w' in umgekehrtem Sinne ändern, bleibt die Überlappung ü praktisch konstant. Dies kann unter Umständen als ein gewisser Vorteil angesehen werden, andererseits ist aber anzustreben, dass die Punkte 1-2' und 1'-2 möglichst weit auseinander liegen, um bei höheren Fahrgeschwindigkeiten genügend Schaltzeiten der in der Sperrkreis-Schaltung wirkenden Sperr-Relais zu gewährleisten.

Wie aus der Beziehung für die Zugkraft hervorgeht, hat R(sub)h einen nicht unerheblichen Einfluss auf den Betrag von Z bei veränderlichem R(sub)o. Es ist somit sehr wichtig, bei jedem Gerät den Wert von R(sub)h in geringen Toleranzen zu haben bzw. durch die Fertigung bedingte Abmaße des Hauptluftspalts d(sub)h und damit zusammenhängende Abweichungen von R(sub)h nachträglich zu korrigieren und R(sub)h auf den gewünschten Wert zu bringen. Wie aus der genannten Beziehung für Z hervorgeht, wird die Arbeitskurve bei größeren R(sub)h, d.h. größeren Luftspalt d(sub)h, herabgesetzt, d.h. nach unten, dagegen bei kleineren R(sub)h bzw. kleineren d(sub)h nach oben verschoben.

Gemäß der Erfindung kann dies bei dem fertigen Gerät nachträglich auf einfache und sichere Weise dadurch geschehen, dass der Wert von R(sub)h beispielsweise durch Herein- oder Herausschrauben einer Schraube im Luftspalt geändert wird.

Gemäß Abb. 6 ist der geblechte Kern b des Geräts durch die beiden Laschen a zusammengepresst. Die eine dieser Laschen ent- hält die Schraube S aus magnetischem Material, die durch Drehen in dem Luftspalt d(sub)h hineingeschraubt werden kann.

Beim Hineindrehen der Schraube wird die auf den Anker ausgeübte Zugkraft und damit der Kontaktdruck in der Grundstellung vergrößert, da dabei R(sub)h abnimmt. Beim Herausschrauben wird die Zugkraft dagegen - bei zunehmendem R(sub)h - verringert. Entsprechend ändern sich die Zugkräfte in der Arbeitsstellung.

In Abb. 7 ist in Abhängigkeit von der Schraubenstellung t die veränderliche Zugkraft Z graphisch dargestellt. Z(sub)o(N) und Z(sub)a(N) bedeuten die Nennwerte der Zugkräfte in Grund- und Arbeitsstellung.

Bei der dargestellten Anordnung ist es möglich, dass an den Kontakten durch Eigenschwingungen des Ankers oder durch Vibrationen Prellerscheinungen auftreten, die zu Störungen in den abhängigen Stromkreisen führen können. Ebenfalls wäre es denkbar, dass durch Erschütterungen der Kontaktdruck nachlässt und damit u.U. ungewollt eine Unterbrechung auftritt.

Gemäß der Erfindung können diese Erscheinungen in weitestem Maße unterdrückt und unschädlich gemacht werden, indem ein Zusatzfluss erzeugt wird, der dann auftritt, sobald der Anker die eine oder andere Lage einnimmt. Gemäß Abb. 8 liegt das polarisierte Relais mit seinen beiden Polschuhen p(sub)1 und p(sub)2 zwischen den Hilfspolen K(sub)n des Impulsgebers. Durch den Nutzfluss (Phi)(sub)2 wird der gepolte Anker a(sub)p in bekannter Weise beeinflusst und schließt je nach Vorzeichen der im Arbeitsluftspalt herrschenden Induktion den Kontakt K(sub)r bzw. K(sub)a. Das Relais enthält den Spulenkern k mit seiner Erregerwicklung W(sub)z. Zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses des Nutzflusses (Phi)(sub)2 dient der Luftspalt d(sub)z zwischen den Polschuhen p(sub)1, p(sub)2 und Kern k. Beim Schließen des Kontaktes wird der Stromkreis über die Wicklung W(sub)z ebenfalls geschlossen und damit ein zusätzlicher Kraftfluss (Phi)(sub)z über den Arbeitsluftspalt erzeugt, der damit nach Belieben einstellbare Zusatzkraft in der Grundstellung oder in der Arbeitsstellung bzw. in beiden Stellungen geschaffen, sobald der Anker die eine oder andere Endlage erreicht hat. Durch diese Zusatzkraft wird einmal der Kontaktdruck in der Endlage verstärkt, während in der Mittelstellung (Störstellung) keine zusätzliche Kraft durch das System aufzubringen ist. Außerdem wird die dämpfende Wirkung der Wirbelströme auf die Ankerschwingungen verstärkt.

Der Verlauf der Zugkraftkurve beim Vorbeirollen eines Rades bei Anwendung einer Zusatzkraft in beiden Kontaktstellungen zeigt Abb. 9. Die Schaulinie Z(sub)N stellt den Verlauf ohne die Einschaltung der Zusatzerregung dar, während bei Einschaltung die Zugkraft Z und damit der Kontaktdruck den Verlauf gemäß Z(sub)r (bei Grundstellung) bzw. Z(sub)a (bei Arbeitsstellung) nimmt.

Claims (11)

1.) Elektromagnetischer Impulsgeber für die Achszählung, bei welchem magnetischem Kreise durch die vorbeirollenden Achsen beeinflusst werden,dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei magnetische Kraftflüsse, z.B. ein Hauptkraftfluss ((Phi)(sub)1) und ein Nebenkraftfluss ((Phi)(sub)2) derart gekuppelt sind, dass eine vorbeirollende Achse in einem der beiden Kreise eine gegenüber dem anderen Kreis vielfach relative magnetische Flussänderung zur Steuerung eines mit dem Zählgerät in Verbindung stehenden Stromkreises erzeugt.

2.) Impulsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung so getroffen ist, dass die den Zählwerkstromkreis steuernde Flussänderung von einem negativen auf einen positiven Wert oder umgekehrt ansteigt.

3.) Impulsgeber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer Erregerwicklung (W(sub)h) versehenes, aus Polkernen (K(sub)h) bestehendes Magnetsystem mit einem Luftspalt (d(sub)h) angeordnet ist, wobei parallel zum Luftspalt (d(sub)h) mit seinem magnetischen Widerstand ein zweiter magnetischer Kreis mit Hilfspolen (K(sub)n) und einem Arbeitsluftspalt (d(sub)n) mit einer Anzeigevorrichtung (a(sub)p) liegt.

4.) Impulsgeber nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfspole (K(sub)n) mit einer, zweckmäßig mit der Haupterregerwicklung (W(sub)h) in Reihe liegenden Hilfswicklungen (W(sub)k) versehen sind, deren magnetische Umlaufspannung dem im Arbeitsluftspalt (d(sub)n) auftretenden magnetischen Umlaufspannungsabfall entgegenwirkt und so bemessen ist, dass der magnetische Nebenfluss im Arbeitsluftspalt (d(sub)n) bei Vorbeirollen eines Rades an den Polflächen der Hauptkerne (K(sub)h) sein Vorzeichen ändert.

5.) Impulsgeber nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftspalt

(d(sub)n) des Nebenkreises ein gepolter Anker (a(sub)p) angeordnet ist, der je nach Vorzeichen der im Luftspalt (d(sub)n) herrschenden Induktion bewegt wird, und damit ein Kontaktsystem (k(sub)r bzw. k(sub)a) betätigt.

6.) Impulsgeber nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herbeiführung der Richtungswirkung, d.h. einer ein- bzw. auszählenden Wirkung, je nach Bewegungsrichtung der vorbeifahrenden Achsen ein zweites Magnetsystem derart angeordnet ist, dass bei Vorbeifahrt eines Rades an den beiden Systemen die Wirkungsbereiche derselben sich überschneiden.

7.) Impulsgeber nach Anspruch 1 bis 6 mit an derselben Fahrschiene liegenden Magnetsystemen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Systeme (G(sub)e, G(sub)a) einen gemeinsamen Mittelpol besitzen.

8.) Impulsgeber nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitwert des Hauptluftspalts (d(sub)h) einstellbar ist.

9.) Impulsgeber nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des magnetischen Leitwerts im Hauptluftspalt (d(sub)h) eine Regulierschraube (S) angeordnet wird.

10.) Impulsgeber nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen der einen oder anderen Endlage des polarisierenden Ankers eine zusätzliche Kontaktkraft auftritt.

11.) Impulsgeber nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Zusatzkontaktkraft die Erregerspule (w(sub)z) des gepolten Relais dient, die bei Grundstellung oder Arbeitsstellung bzw. beiden Stellungen eingeschaltet wird.