EP1288098B1 - Radsensor und Anordnung - Google Patents
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- EP1288098B1 EP1288098B1 EP02090264A EP02090264A EP1288098B1 EP 1288098 B1 EP1288098 B1 EP 1288098B1 EP 02090264 A EP02090264 A EP 02090264A EP 02090264 A EP02090264 A EP 02090264A EP 1288098 B1 EP1288098 B1 EP 1288098B1
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- coil
- track
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- wheel sensor
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
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- B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
- B61L1/163—Detection devices
- B61L1/165—Electrical
Definitions
- the invention relates to a wheel sensor according to the preamble of claims 1 and 3 and a Radsensoran Aunt according to the preamble of claims 8 and 10. Radsensoren be used in railways for the track vacancy, but also for other switching and reporting tasks.
- the magnetic field influencing effect of the iron wheels of rail vehicles is predominantly utilized.
- the retroactivity of the iron wheels can be detected, whereby a wheel pulse is registered with each wheel detection or axle detection.
- the number of wheel pulses in conjunction with another wheel sensor provides information about the occupancy state of the intermediate track section.
- This track vacancy is an essential decision criterion for the control of switches and signals.
- ICE Intercity Express
- a coil arrangement with a magnetic core is provided. Two coils arranged concentrically to one another are connected in such a way that opposing magnetic fields arise when the current flows together.
- a magnetic interference field induces interference voltages in both coils, which compensate each other because of the opposing wiring of the two coils.
- the coil arrangement is part of an inductive sensor for generating a working magnetic field is maintained. The iron mass of a traveling wheel changes the properties of the working magnetic field, which is sensed.
- a very strong interference magnetic field such as an excited eddy current brake, the coil core so can magnetize that an undesirable response of the sensor is caused.
- a similar, but coreless coil assembly is from the DE-A1-199 15 597 known.
- the sensitivity of this generic axle counter is low, since the magnetic field generated for the detection of the wheel does not optimally penetrate the area of the wheel flange of the wheel.
- wetness on the sensor housing may result in a further reduction in sensor sensitivity at the usually high operating frequencies of coreless coil assemblies.
- the invention has for its object to overcome these disadvantages and to provide a wheel sensor with inductive sensor whose parameters are optimized in terms of sensitivity and thus in terms of the reliability of the overall system.
- an optimization is achieved in that the inner coil has an area ratio corresponding to the higher number of turns than the outer coil. In this way, not only a partial compensation of the same, but a complete compensation is achieved in homogeneous interference fields.
- the special coil dimensioning also has the consequence that the induction occurring in opposite directions when driving in both coils are not the same size and consequently a sufficiently high total induction remains for the detection of a wheel. Since disturbing effects are virtually completely eliminated and the working magnetic field has a very high field strength and optimally passes through the wheel flange of the wheel to be detected Compared to the prior art, a significant improvement in the sensitivity of the sensor and thus increasing the reliability of the overall system.
- the second coil is preferably arranged centrally within the first coil according to claim 2.
- the compensation effect is also present when the inner coil is arranged eccentrically.
- the coil shapes can be very different.
- the inner coil may have circular turns and be arranged eccentrically within an oval shaped outer coil.
- Claim 3 characterizes a further solution of the task, wherein in addition to the solution according to claim 1, a simplification is achieved. Coils of different geometry and different number of turns are not required in this alternative solution. Instead, an overlapping in the vertical projection arrangement of similar coils is provided, the winding planes are arranged quasi one above the other. Since the coils are not interdigitated or interpenetrated, the magnetic field generated by one coil passes through the other coil in equal parts with opposing inner and outer magnetic fluxes, that is, the coils are magnetically decoupled from each other.
- the coils are preferably designed according to claim 4 as a very flat, spirally wound disc coils. In this way, the coils can be easily installed in the housing of a wheel sensor.
- the winding planes of the coils in both alternative solutions can run parallel to the track plane.
- both coils are tilted at the same inclination angle to a horizontal surface in the track direction. Magnetic interference fields then pass through both coils in the same intensity and direction and thus cancel each other, even if the field is not parallel to the coil longitudinal axes.
- two wheel sensors are arranged one behind the other. In this way, the direction of travel of a rail vehicle passing over the two wheel sensors can be determined on the basis of the time interval of the wheel pulse registration.
- roof-shaped inclined winding planes of the coil pairs are provided.
- Claim 10 characterizes a Doppelradsensoran extract in which also overlap the adjacent coils of the two wheel sensors.
- the magnetic decoupling according to claim 3 also has an effect in this area.
- the advantage of this arrangement is that the geometric overlapping of the wheel sensors has a longer overlapping phase of the influence exerted by a wheel on both sensors.
- FIG. 1 schematically illustrates the operation of an inductive sensor with interference field compensation according to the prior art.
- the sensor consists essentially of an oscillator 1 and a resonant circuit 2 with a capacitor C and two coils L1 and L2.
- the two coils L1 and L2 in the LC resonant circuit 2 are connected in such a way that the interference voltages U StörL1 and U StörL2 are opposite in direction for the same absolute value and thus cancel each other out.
- a voltage applied by the oscillator 1 to the LC resonant circuit 2 working voltage U oszL1 or U oszL2 for generating a working magnetic field is hardly affected by this arrangement.
- FIG. 2 shows a track body 3 in perspective view with a first embodiment of a coil arrangement according to the invention for interference magnetic field compensation. It is seen that a noise magnetic field ⁇ s of a rail current I s is generated.
- the two coils L1 and L2 connected in series are formed as inner coil Li and outer coil La, wherein the winding orientations of the two coils Li and La are opposite to each other, like the FIGS. 3a and 4 show symbolized by arrows.
- the number of turns n Li of the inner coil Li is greater than the number of turns n La of the outer coil La.
- the compensation effect is present even if, as in FIG. 4 , the inner coil Li is not arranged centrically in the outer coil La.
- the coils Li and La can be of almost any shape, such as circular, square, rectangular or oval.
- exact compliance with the above-mentioned dimensioning rule, namely the reverse proportionality of the number of turns to the coil surfaces an almost complete compensation of disturbing homogeneous magnetic fields can be achieved.
- differences between the interference voltages of the coils Li and La can occur as a result of the different coil dimensions.
- the effectively remaining total noise voltage is always smaller than that of a single coil, so that at least partially compensating effect is guaranteed.
- FIGS. 5 to 10 refer to a further embodiment according to the invention of an interference field compensating coil arrangement. Opposite in the FIGS. 2 to 4 illustrated variant, this embodiment differs in particular in that the coils used L1 and L2, in contrast to the coils Li and La have similar geometry. This results in a reduction of the effort or costs.
- FIG. 5 shows in an analogous representation FIG. 2 in that two mutually offset and partially overlapping coils L1 and L2 of the same geometry and number of turns are provided. Since both coils L1 and L2 are identical, the disturbance magnetic field ⁇ s induces in both coils L1 and L2 the same interference voltage U StörL1 and U StörL2 ( FIG. 1 ). For compensation, the coils L1 and L2, as for FIG. 1 executed, interconnected.
- Each coil L1 and L2 generates a magnetic field as a single coil, since the magnetic decoupling no mutual interference occurs. Therefore, it has no influence that the magnetic fields B L1 and B L2 of both coils L1 and L2 are directed in oscillator operation. Both coils L1 and L2 contribute in equal parts to the detection of a wheel, because their magnetic fields B L1 and B L2 from the flange 4 ( FIG. 8 ) of a wheel are influenced in the same way. Compared to an arrangement with only one sensor coil, that is, without including this single coil in a coil majority for interference field compensation, the Einwirk Scheme of the wheel extends approximately to the lateral offset X of the two coils L1 and L2.
- FIG. 8 shows the coils L1_1, L2_1 and L2_2 two wheel sensors relative to the track body 3.
- the coils L1_1, L2_1 and L2_2 and L1_2 are such, for example, within a sensor housing, mounted so that their centers have a constant height to the horizontal base surface of the track body 3 , wherein the winding planes are inclined to the track plane.
- Magnetic interference fields then pass through the two coils L1_1 and L2_1 or L2_2 and L1_2 in the same intensity and direction and thus cancel each other, even if the Interference field is not parallel to the coil longitudinal axes.
- the in FIG. 8 shown double sensor is run over by the wheel flange 4 of the wheel in a specific time sequence, so that it can be concluded from the signal sequence on the direction of travel of the rail vehicle.
- FIG. 9 a preferred coil form for wheel sensors is shown.
- the coils L1 and L2 are disc-shaped and wound in spirals.
- the height of the disk coils corresponds to the diameter of the winding wire and is therefore so small that the two overlapping coils L1 and L2 can be installed without inclination in the housing of a wheel sensor.
- FIG. 10 illustrates a dual sensor with disk coils L1_Sys1 and L2_Sys1 and L1_Sys1 and L2_Sys2, with the adjacent coils L2_Sys1 and L1_Sys2 of the two sensor systems overlap Sys1 and Sys2
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Radsensor gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3 sowie eine Radsensoranordnung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 8 und 10. Radsensoren werden im Bahnwesen für die Gleisfreimeldung, aber auch für andere Schalt- und Meldeaufgaben eingesetzt. Dabei wird überwiegend die magnetfeldbeeinflussende Wirkung der Eisenräder der Schienenfahrzeuge ausgenutzt. Mittels am Gleiskörper angebrachter induktiver Sensoren, die ein spezifisches Magnetfeld erzeugen, lässt sich die Rückwirkung der Eisenräder erfassen, wobei mit jeder Raderfassung bzw. Achsenerfassung ein Radimpuls registriert wird. Die Anzahl der Radimpulse gibt im Zusammenwirken mit einem weiteren Radsensor Auskunft über den Belegungszustand des dazwischenliegenden Gleisabschnittes. Diese Gleisfreimeldung stellt ein wesentliches Entscheidungskriterium für die Steuerung von Weichen und Signalen dar. Anhand des Belegungszustandes von Gleisabschnitten wird die Entscheidung getroffen, ob ein Schienenfahrzeug in diesem Gleisabschnitt einfahren darf oder nicht. Folglich müssen die Meldesignale der Achszähler extrem hohen Zuverlässigkeitsanforderungen genügen. Es ist sicherzustellen, dass nur die die Sensoren überfahrenden Eisenräder der Schienenfahrzeuge von den Sensoren erfasst werden und Störmagnetfelder anderer Herkunft ignoriert werden. Das betrifft beispielsweise Magnetfelder, die bei elektrischer Traktion durch Schienenströme und durch Fahrzeugkomponenten wie Transformatoren, Drosseln und elektronische Schienenbremsen entstehen. Letztere stellen ein besonderes Problem dar, da die erzeugten Magnetfelder sehr stark sind. Das betrifft insbesondere die für den ICE (Intercity Express) entwickelte Wirbelstrombremse, welche in erregtem Zustand ein Störmagnetfeld erzeugt, das das Arbeitsmagnetfeld des induktiven Sensors sehr stark überlagert.
- Ein Lösungsansatz, der darauf beruht, die Arbeitsfrequenzen der Sensoren in vermeintlich störfeldfrequenzfreie Größenordnungen zu legen, kann keinen dauerhaften Erfolg garantieren, da durch die Entwicklung neuer Fahrzeugkomponenten ständig neue Störfelder mit teilweise sehr hohen Frequenzen hinzukommen. Durch Frequenzwahl lässt sich außerdem nicht vermeiden, dass Störfelder Frequenzanteile im Bereich der Arbeitsfrequenz des induktiven Sensors enthalten. Üblicher Weise liegen die Arbeitsfrequenzen im Bereich von 30 kHz bis 1 MHz, während Störfelder durchaus auch Frequenzen bis zu 2 MHz erreichen können.
- Ein anderer Lösungsansatz basiert auf Kompensationsbestrebungen der Art, dass das Störmagnetfeld durch Aufbau eines gegensinnigen Feldes quasi neutralisiert wird. Gemäß der
DE-A1-197 09 844 ist dazu eine Spulenanordnung mit einem magnetischen Kern vorgesehen. Zwei konzentrisch zueinander angeordnete Spulen sind derart geschaltet, dass bei gemeinsamer Beströmung gegensinnige Magnetfelder entstehen. Ein magnetisches Störfeld induziert hingegen in beiden Spulen Störspannungen, die sich wegen der gegensinnigen Beschaltung der beiden Spulen kompensieren. -Die Spulenanordnung ist Teil eines induktiven Sensors zum Erzeugen eines Arbeitsmagnetfeldes erhalten bleibt. Die Eisenmasse eines überfahrenden Rades verändert die Eigenschaften des Arbeitsmagnetfeldes, was sensorisch erfasst wird. Problematisch bei diesem Lösungsansatz ist jedoch, dass ein sehr starkes Störmagnetfeld, beispielsweise das einer erregten Wirbelstrombremse, den Spulenkern so magnetisieren kann, dass ein unerwünschtes Ansprechen des Sensors verursacht wird. - Eine ähnliche, aber kernlose Spulenanordnung ist aus der
DE-A1-199 15 597 bekannt. Die Empfindlichkeit dieses gattungsbildenden Achszählers ist jedoch gering, da das zur Detektion des Rades erzeugte Magnetfeld den Bereich des Spurkranzes des Rades nicht optimal durchsetzt. Außerdem kann Nässe am Sensorgehäuse bei den üblicherweise hohen Arbeitsfrequenzen kernloser Spulenanordnungen zu einer weiteren Herabsetzung der Sensorempfindlichkeit führen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und einen Radsensor mit induktivem Sensor anzugeben, dessen Parameter hinsichtlich der Empfindlichkeit und damit hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems optimiert sind.
- Die Aufgabe wird alternativ durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Gemäß Anspruch 1 wird eine Optimierung erreicht, indem die innere Spule eine dem Flächenverhältnis entsprechende höhere Windungszahl als die äußere Spule aufweist. Auf diese Weise wird bei homogenen Störfeldern nicht nur eine Teilkompensation derselben, sondern eine vollständige Kompensation erreicht. Die spezielle Spulendimensionierung hat außerdem zur Folge, dass die beim Befahren in beiden Spulen entgegengesetzt auftretenden Induktionen nicht gleich groß sind und folglich eine ausreichend hohe Gesamtinduktion zur Detektion eines Rades verbleibt. Da Störeffekte quasi vollständig eliminiert sind und das Arbeitsmagnetfeld eine sehr hohe Feldstärke aufweist und den Spurkranz des zu detektierenden Rades optimal durchsetzt, ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik eine wesentliche Verbesserung der Empfindlichkeit der Sensorik und somit eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Ist das Störmagnetfeld inhomogen, können Differenzen zwischen den Störspannungen der Teilspulen Infolge der unterschiedlichen Spulenabmessungen auftreten. In diesem Fall ist eine teilkompensierende Wirkung vorhanden, wobei die effektiv verbleibende Gesamtstörspannung äußerst gering und letztlich zu vernachlässigen ist.
- Die zweite Spule ist gemäß Anspruch 2 vorzugsweise zentrisch innerhalb der ersten Spule angeordnet. Der Kompensationseffekt ist jedoch auch dann vorhanden, wenn die innere Spule exzentrisch angeordnet ist. Auch die Spulenformen können sehr unterschiedlich sein. Beispielsweise kann die innere Spule kreisförmige Windungen aufweisen und exzentrisch innerhalb einer oval ausgebildeten äußeren Spule angeordnet sein.
- Anspruch 3 charakterisiert eine weitere Lösung der Aufgabenstellung, wobei gegenüber der Lösung gemäß Anspruch 1 zusätzlich eine Vereinfachung erzielt wird. Spulen unterschiedlicher Geometrie und unterschiedlicher Windungszahlen sind bei dieser Alternativlösung nicht erforderlich. Statt dessen ist eine in der Vertikalprojektion sich überlappende Anordnung gleichartiger Spulen vorgesehen, wobei die Windungsebenen quasi übereinander angeordnet sind. Da die Spulen nicht ineinander oder sich durchdringend angeordnet sind, durchsetzt das von einer Spule erzeugte Magnetfeld die andere Spule zu gleichen Teilen mit entgegengerichteten inneren und äußeren magnetischen Flüssen, das heißt, die Spulen sind magnetisch voneinander entkoppelt.
- Die Spulen sind nach Anspruch 4 vorzugsweise als sehr flache, spiralförmig gewickelte Scheibenspulen ausgebildet. Auf diese Weise lassen sich die Spulen problemlos in das Gehäuse eines Radsensors einbauen.
- Gemäß Anspruch 5 können die Windungsebenen der Spulen bei beiden Alternativlösungen parallel zur Gleisebene verlaufen.
- Bei einer in Anspruch 6 gekennzeichneten speziellen Spulenanordnung für die Alternativlösung gemäß Anspruch 3 sind beide Spulen mit dem gleichen Neigungswinkel zu einer Horizontalfläche in Gleisrichtung angekippt. Magnetische Störfelder durchsetzen dann beide Spulen in gleicher Intensität und Richtung und heben sich damit auf, auch wenn das Feld nicht parallel zu den Spulenlängsachsen verläuft.
- Einfache Spulen- bzw. Wicklungsgeometrien, die auf einer runden Grundfläche beruhen, sind gemäß Anspruch 7 bevorzugt. Denkbar sind jedoch für beide Alternativen auch eckige, insbesondere quadratische oder rechteckige Grundflächen.
- Bei einer in Anspruch 8 beschriebenen vorteilhaften Weiterbildung sind zwei Radsensoren hintereinander angeordnet. Auf diese Weise lässt sich anhand des zeitlichen Abstandes der Radimpulsregistrierung die Fahrtrichtung eines die beiden Radsensoren überfahrenden Schienenfahrzeuges ermitteln.
- Um den Abstand der beiden Radsensoren möglichst gering zu halten, insbesondere bei gemeinsamer Umhäusung, und dennoch zeitlich ausreichend zueinander versetzte Radimpulse zu erhalten, sind gemäß Anspruch 9 dachförmig geneigte Windungsebenen der Spulenpaare vorgesehen.
- Anspruch 10 charakterisiert eine Doppelradsensoranordnung, bei der sich auch die benachbarten Spulen der beiden Radsensoren überlappen. Auch in diesem Bereich wirkt die magnetische Entkopplung gemäß Anspruch 3. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die geometrische Überlappung der Radsensoren eine längere Überlappungsphase der von einem Rad auf beide Sensoren ausgeübten Beeinflussung aufweist.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung des Kompensationsprinzips, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist,
- Figur 2
- eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Spulenanordnung,
- Figur 3a
- eine Seitenansicht und eine Draufsicht einer Spulenanordnung gemäß
Figur 2 mit Arbeitsfeldbeaufschlagung, - Figur 3b
- die Seitenansicht gemäß
Figur 3a mit Störfeldbeaufschlagung, - Figur 4
- eine Abwandlung der ersten Ausführungsform in Seitenansicht und in Draufsicht,
- Figur 5
- eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Spulenanordnung,
- Figur 6
- eine Seitenansicht und eine Draufsicht der zweiten Ausführungsform gemäß
Figur 5 , - Figur 7a
- eine Seitenansicht gemäß
Figur 6 mit Arbeitsfeldbeaufschlagung, - Figur 7b
- eine Seitenansicht gemäß
Figur 6 mit Störfeldbeaufschlagung, - Figur 8
- eine Doppelradsensoranordnung,
- Figur 9
- eine Spulenanordnung und
- Figur 10
- eine weitere Doppelradsenoranordnung.
-
Figur 1 veranschaulicht schematisch die Funktionsweise eines induktiven Sensors mit Störfeldkompensation nach dem Stand der Technik. Der Sensor besteht im Wesentlichen aus einem Oszillator 1 und einem Schwingkreis 2 mit einem Kondensator C und zwei Spulen L1 und L2. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Störspannungen UStörL1 und UStörL2 eines auf beide Spulen L1 und L2 gleichartig einwirkenden Störmagnetfeldes φs (Figur 2 undFigur 5 ) zu kompensieren. Dazu sind die beiden Spulen L1 und L2 im LC-Schwingkreis 2 derart verschaltet, dass die Störspannungen UStörL1 und UStörL2 bei gleichem Absolutwert entgegengerichtet sind und sich somit gegenseitig aufheben. Andererseits wird eine durch den Oszillator 1 an den LC-Schwingkreis 2 angelegte Arbeitsspannung UoszL1 bzw. UoszL2 zur Erzeugung eines Arbeitsmagnetfeldes durch diese Anordnung kaum beeinflusst. -
Figur 2 zeigt einen Gleiskörper 3 in perspektivischer Ansicht mit einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Spulenanordnung zur Störmagnetfeldkompensation. Es ist ersichtlich, dass ein Störmagnetfeld φs von einem Schienenstrom Is erzeugt wird. Um dieses Störmagnetfeld φs quasi zu neutralisieren, sind hier die beiden Spulen L1 und L2 in Reihe geschaltete als innere Spule Li und äußere Spule La ausgebildet, wobei die Windungsorientierungen der beiden Spulen Li und La einander entgegengerichtet sind, wie dieFiguren 3a und 4 durch Pfeile symbolisiert zeigen. Außerdem ist die Windungszahl nLi der inneren Spule Li größer als die Windungszahl nLa der äußeren Spule La. -
- µ die Permeabilität,
- φ der magnetische Fluss,
- B die magnetische Induktion und
- A die Fläche der Spule La bzw. Li
bedeuten. Die innere Spule Li hat also eine dem Flächenverhältnis entsprechende höhere Windungszahl nLi als die äußere Spule La. Dieser Umstand hat zur Folge, dass die durch den Schwingkreisstrom des Oszillators 1 in beiden Spulen Li und La entgegengesetzt auftretenden Induktionen BLi und BLa nicht gleich groß sind und im Bereich der inneren Spule Li gemäßFigur 3a eine ausreichend hohe Gesamtinduktion BLi-BLa zur Detektion eines den induktiven Sensor überfahrenden Rades eines Schienenfahrzeuges verbleibt. Dagegen kompensieren sich der innere und der äußere Anteil eines Störmagnetfeldes mit der Gesamtinduktion BStör gegenseitig, wieFigur 3b in symbolhafter Darstellung zeigt. - Der Kompensationseffekt ist auch dann vorhanden, wenn, wie in
Figur 4 , die innere Spule Li nicht zentrisch in der äußeren Spule La angeordnet ist. In weiterer Abwandlung können die Spulen Li und La nahezu beliebige Formen, wie kreisförmig, quadratisch, rechteckig oder oval haben. Bei exakter Befolgung der oben angegebenen Dimensionierungsregel, nämlich der umgekehrter Proportionalität der Windungszahlen zu den Spulenflächen, kann eine nahezu vollständige Kompensation störender homogener Magnetfelder erreicht werden. Bei inhomogenen Störfeldern können Differenzen zwischen den Störspannungen der Spulen Li und La infolge der unterschiedlichen Spulenabmessungen auftreten. Die effektiv verbleibende Gesamtstörspannung ist jedoch immer kleiner als die einer einzelnen Spule, so dass zumindest teilkompensierende Wirkung garantiert ist. - Die
Figuren 5 bis 10 beziehen sich auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer störfeldkompensierenden Spulenanordnung. Gegenüber der in denFiguren 2 bis 4 dargestellten Variante unterscheidet sich diese Ausführungsform insbesondere dadurch, dass die verwendeten Spulen L1 und L2 im Gegensatz zu den Spulen Li und La gleichartige Geometrie aufweisen. Damit ergibt sich eine Verringerung des Aufwandes bzw. der Kosten. -
Figur 5 zeigt in analoger Darstellungsweise zuFigur 2 , dass zwei gegeneinander versetzte und sich teilweise überlappende Spulen L1 und L2 gleicher Geometrie und Windungszahlen vorgesehen sind. Da beide Spulen L1 und L2 baugleich sind, induziert das Störmagnetfeld φs in beide Spulen L1 und L2 die gleiche Störspannung UStörL1 und UStörL2 (Figur 1 ). Zur Kompensation sind die Spulen L1 und L2, wie zurFigur 1 ausgeführt, gegeneinander verschaltet. Bei der sich überlappenden, nicht aber durchdringenden Anordnung der beiden Spulen L1 und L2 sind diese magnetisch voneinander entkoppelt, das heißt, das von einer Spule L1 bzw. L2 erzeugte Magnetfeld durchsetzt die andere Spule L2 bzw. L1 zu gleichen Teilen mit den entgegengerichteten inneren und äußeren magnetischen Flüssen φi und φa, wieFigur 6 zeigt. Dieser Effekt wird durch die teilweise Überlappung der Spulen L1 und L2 erreicht, wobei der Abstand X zwischen den Längsachsen der beiden Spulen L1 und L2 immer kleiner als deren Durchmesser ist. Für das zur Detektion von Rädern erforderliche Arbeitsmagnetfeld BL1 bzw. BL2 ergeben sich die inFigur 7a dargestellten Verhältnisse, während ein Störmagnetfeld BStör gemäßFigur 7b kompensiert wird. Jede Spule L1 und L2 erzeugt ein Magnetfeld wie eine einzelne Spule, da durch die magnetische Entkopplung keine gegenseitige Beeinflussung auftritt. Daher hat es auch keinen Einfluss, dass die Magnetfelder BL1 und BL2 beider Spulen L1 und L2 im Oszillatorbetrieb entgegengerichtet sind. Beide Spulen L1 und L2 tragen zu gleichen Teilen zur Detektion eines Rades bei, weil ihre Magnetfelder BL1 und BL2 vom Spurkranz 4 (Figur 8 ) eines Rades in gleicher Weise beeinflusst werden. Gegenüber einer Anordnung mit nur einer Sensorspule, das heißt ohne Einbeziehung dieser Einzelspule in eine Spulenmehrheit zur Störfeldkompensation, verlängert sich der Einwirkbereich des Rades etwa um den seitlichen Versatz X der beiden Spulen L1 und L2. -
Figur 8 zeigt die Spulen L1_1, L2_1 und L2_2 zweier Radsensoren relativ zu dem Gleiskörper 3. Dabei sind die Spulen L1_1, L2_1 sowie L2_2 und L1_2 derart, zum Beispiel innerhalb eines Sensorgehäuses, angebracht, dass ihre Mittelpunkte eine konstante Höhe zur horizontalen Grundfläche des Gleiskörpers 3 aufweisen, wobei die Windungsebenen zur Gleisebene geneigt sind. Magnetische Störfelder durchsetzen dann die beiden Spulen L1_1 und L2_1 bzw. L2_2 und L1_2 jeweils in gleicher Intensität und Richtung und heben sich damit auf, auch wenn das Störfeld nicht parallel zu den Spulenlängsachsen verläuft. Der inFigur 8 dargestellte Doppelsensor wird von dem Spurkranz 4 des Rades in einer bestimmten zeitlichen Reihenfolge überfahren, so dass aus der Signalreihenfolge auf die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges geschlossen werden kann. - In
Figur 9 ist eine bevorzugte Spulenform für Radsensoren dargestellt. Die Spulen L1 und L2 sind scheibenförmig ausgebildet und in Spiralen gewickelt. Die Höhe der Scheibenspulen entspricht dem Durchmesser des Wicklungsdrahtes und ist folglich derart gering, dass die beiden sich überlappenden Spulen L1 und L2 ohne Neigung in das Gehäuse eines Radsensors eingebaut werden können. -
Figur 10 veranschaulicht einen Doppelsensor mit Scheibenspulen L1_Sys1 und L2_Sys1 sowie L1_Sys1 und L2_Sys2, wobei sich auch die benachbarten Spulen L2_Sys1 und L1_Sys2 der beiden Sensorsysteme Sys1 und Sys2 überlappen
Claims (10)
- Radsensor, insbesondere für eine Gleisfreimeldeanlage, mit mindestens einem gleisseitigen induktiven Sensor zur Erfassung einer Magnetfeldänderung infolge das Gleis überfahrender Eisenräder eines Schienenfahrzeuges und einer kernlose Spulen (L1, L2; La, Li) aufweisenden Anordnung zur Kompensation störender Magnetfelder (φs, BStör) ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine erste kernlose Spule (La) und eine innerhalb dieser angeordnete, bei gemeinsamer Beströmung ein gegensinniges Magnetfeld (BLi) erzeugende zweite kernlose Spule (Li) vorgesehen sind, wobei die Windungsebenen der Spulen (La, Li) im Wesentlichen übereinstimmen und die Windungszahlen (nLi und nLa) der Spulen (Li und La) umgekehrt proportional zu den Spulenflächen (ALa und ALi) sind. - Radsensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Spule (Li) zentrisch innerhalb der ersten Spule (La) angeordnet ist. - Radsensor, insbesondere für eine Gleisfreimeldeanlage, mit mindestens einem gleisseitigen induktiven Sensor zur Erfassung einer Magnetfeldänderung infolge das Gleis überfahrender Eisenräder eines Schienenfahrzeuges und einer kernlose Spulen (L1, L2) aufweisenden Anordnung zur Kompensation störender Magnetfelder (φs, BStör) ,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei kernlose Spulen (L1, L2) mit im Wesentlichen gleicher Geometrie und gleicher Windungszahlen vorgesehen sind, deren Windungsebenen zueinander im Wesentlichen parallel verlaufen, wobei sich die Spulen (L1, L2) in Vertikalprojektion überlappen und bei gemeinsamer Beströmung gegensinnige Magnetfelder erzeugen. - Radsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spulen (L1, L2; L1Sys1, L2Sysl, L1_Sys2, L2_Sys2) als Scheibenspulen, deren Höhe dem Durchmesser des verwendeten Leiters entspricht, ausgebildet sind. - Radsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Windungsebenen der Spulen (L1, L2; La, Li) im Wesentlichen parallel zur Gleisebene verlaufen. - Radsensor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Windungsebenen der Spulen (L1_1, L2_1; L2_2, L2_1) zur Gleisebene eine im Wesentlichen in Gleislängsrichtung orientierte Neigung aufweisen und die Verbindungslinie der Spulenmittelpunkte auf einer horizontalen Ebene gleisparallel verläuft. - Radsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spulen (L1, L2; Li, La) runde, insbesondere kreisförmige und/oder ovale Windungen aufweisen. - Fahrtrichtungsabhängige Radsensorenanordnung,
gekennzeichnet durch
die paarweise Verwendung von in Gleisrichtung beabstandeten Radsensoren nach einem der vorangehenden Ansprüche. - Fahrtrichtungsabhängige Radsensorenanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch
die Verwendung von Radsensoren nach Anspruch 5, wobei die Windungsebenen der Spulenpaare (L1_1 und L2_1; L2_2 und L1_2) dachförmig in entgegengesetzte Richtungen orientierte Neigungen aufweisen. - Fahrrichtungsabhängige Radsensoranordnung,
gekennzeichnet durch
die paarweise Verwendung von in Gleisrichtung sich überlappenden Radsensoren nach einem der Ansprüche 1-7.
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