EP3107791A1 - Sensoreinrichtung zum erfassen einer magnetfeldänderung sowie anlage des spurgebundenen verkehrs mit zumindest einer solchen sensoreinrichtung - Google Patents

Sensoreinrichtung zum erfassen einer magnetfeldänderung sowie anlage des spurgebundenen verkehrs mit zumindest einer solchen sensoreinrichtung

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EP3107791A1
EP3107791A1 EP15715997.1A EP15715997A EP3107791A1 EP 3107791 A1 EP3107791 A1 EP 3107791A1 EP 15715997 A EP15715997 A EP 15715997A EP 3107791 A1 EP3107791 A1 EP 3107791A1
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EP
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sensor
sensor device
coils
sensor units
movement
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Rainer Freise
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Siemens Mobility GmbH
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
    • B61L1/163—Detection devices
    • B61L1/165—Electrical

Definitions

  • Sensor devices for detecting magnetic field changes are used in various technical fields, such as in industrial automation or railway automation.
  • corresponding sensor devices in railway automation are used in the form of wheel sensors or axle counting sensors operating according to an inductive principle, in particular in the field of train detection technology.
  • DE 10 2012 212 939 A1 discloses a wheel sensor comprising two receiver coils and an alternating current-fed transmitter coil arranged between the receiver coils with respect to the rail longitudinal direction.
  • double-sensor systems ie sensor devices with two sensor units, are usually used for detecting the direction of travel.
  • the received signals detected by the two sensor units overlap in time during a wheel travel such that the direction of travel can be determined from the sequence of the signals in an evaluation device.
  • the overlapping of the received signals within the scope of the direction of travel detection is therefore of great importance.
  • corresponding double systems are usually arranged in a common housing one behind the other in the rail longitudinal direction on the track, which results in physically limited wheel overlap only limited signal overlap, the expression depends in particular on the diameter of the respective wheel to be detected.
  • the overlap of the received signals at wheels of small diameter or generally with a relatively small influence on the respective receive signals by a sensor device approaching or passing by this wheel usually from.
  • the present invention is based on the object of specifying a sensor device for detecting a magnetic field change which is caused by an object approaching in a direction of movement of the sensor device or moving past the sensor device in the direction of movement, which is particularly efficient and in particular a particularly reliable one Detection of the direction of movement of the object allows.
  • a sensor device for detecting a magnetic field change which is caused by an object moving in the direction of movement of the sensor device or moving past the sensor device in the direction of movement
  • the sensor device has two sensor units, each of the sensor units having two receiver coils and an alternating current-fed transmitting coil arranged with respect to the direction of movement between the receiving coils, wherein the longitudinal axes of the receiving coils of both sensor units are aligned substantially perpendicular to the direction of movement, wherein the longitudinal axes of the transmitting coils of both sensor units are aligned substantially parallel to the direction of movement, wherein the transmitting coils of the two sensor units are arranged one behind the other with respect to the direction of movement, and wherein the sensor device is designed such that the transmitting coils of the two sensors units generate opposing magnetic fluxes.
  • the sensor device according to the invention for detecting a change in magnetic field, which is caused by an object approaching in the direction of movement of the sensor device or moving past the sensor device in the direction of movement is thus initially characterized by having two sensor units.
  • the sensor device is thus designed as a double sensor system suitable for detecting the direction of movement of the object approaching or moving past the sensor device.
  • each of the sensor units here comprises two receiver coils and one alternating-current-fed transmitter coil arranged between the receiver coils relative to the direction of movement.
  • the respective AC-fed transmitting coil thus generates a magnetic field or a magnetic flux whose change is detected by the approaching or passing object by means of the receiving coils.
  • the sensor device according to the invention is further characterized in that the longitudinal axes of the receiving coils of both sensor units are aligned perpendicularly or at least substantially perpendicular to the direction of movement.
  • the sensor device for its intended operation is currently arranged or mounted in such a way that the longitudinal axes of the receiver coils of both sensor units are aligned such that the object to be detected approaches in the direction of movement perpendicular to the longitudinal axes of the receiver coils or on the sensor device moved past.
  • the longitudinal axes of the transmitting coils of both sensor units are aligned parallel or at least substantially parallel to the direction of movement. Consequently, in particular, the longitudinal axes of the transmitting coils and the receiving coils are perpendicular or at least substantially perpendicular to each other.
  • the transmitting coils of the two sensor units of the sensor device according to the invention are arranged one behind the other with respect to the direction of movement.
  • the sensor device according to the invention is designed such that the transmitting coils of the sensor units generate opposite magnetic fluxes.
  • the sensor device according to the invention is advantageous because, due to the arrangement and orientation of the transmitting and receiving coils and the oppositely directed magnetic fluxes of the transmitting coils, a particularly marked temporal overlap of the received signals of the two sensor units detected by the respective receiving coils results. This is advantageous in particular at low signal levels in that disturbances caused by insufficient overlapping times of the received signals of the two sensor units in connection with detection of the direction of movement of the object to be detected are avoided or at least reduced in comparison with previously known sensor devices. In addition, due to the influence of the adjacent sensor units, the deflection or change in the magnetic field or the magnetic flux caused by the approaching or moving object is advantageously utilized such that the sensor device according to the invention has a particularly high sensitivity with respect to a detection of the object.
  • the transmitting coils and the receiving coils of both sensor units are arranged one behind the other with respect to the direction of movement.
  • the sensor device according to the invention can also be developed in such a way that the receiver coils are arranged for each of the two sensor units such that the longitudinal axis of the transmitter coil of the respective sensor unit intersects the receiver coils of the relevant sensor unit outside the transmitter coil.
  • the receiver coils and the transmitter coil of the respective sensor units are arranged horizontally at the same height.
  • the receiving coils are respectively connected in opposite directions to each other in series for each of the two sensor units.
  • This offers the advantage that the opposing interconnection of the receiving coils and their arrangement with respect to the respective transmitting coil lead to signal voltages caused by a passing object being added, while receiving interference voltages, which are caused by an external magnetic interference field, are added by the subtract opposing interconnection of the receiver coils and thus completely or at least largely compensate or cancel.
  • inductively operating sensor devices are usually relatively sensitive to disturbances whose frequency corresponds to the operating frequency of the respective sensor device. In the case of sensor devices in the form of wheel sensors corresponding interference voltages can arise, for example, by rail currents.
  • the return current flowing through the rail of a locomotive (or its harmonic content) generates an interference signal which is received in the form of beats from the sensor device.
  • Appropriate beats are usually not without Separate or differentiate further from the signals caused by an influence of a passing wheel of a rail vehicle.
  • disturbances can also be caused for example by adjacent sensor devices with the same operating frequency.
  • the aforementioned preferred development of the sensor device according to the invention is characterized by a particularly pronounced interference sensitivity due to the opposing interconnection of the respective receiver coils of the two sensor units.
  • the two receiver coils are advantageously of the same design for each of the two sensor units in order to achieve the best possible interference field compensation, such that they coincide approximately in relation to their geometry and their number of turns.
  • the sensor device according to the invention can also be developed such that, relative to the direction of movement, one of the two receiving coils of the two sensor units is arranged between the transmitting coils of the two sensor units and the respective receiving coils have the same winding sense.
  • the receiving coils of the respective sensor unit are arranged symmetrically to the transmitting coil of the respective sensor unit with respect to the movement direction for each of the two sensor units.
  • a corresponding symmetrical arrangement with respect to the transmitting coil is advantageous in that this results in a particularly simple and space-saving design of the sensor device. tion and this is still very flexible due to the symmetry.
  • the sensor device according to the invention can also be developed such that the transmitting coils of the two sensor units are fed with alternating current of the same frequency.
  • This has the advantage of avoiding the necessity of providing alternating current or alternating voltage of different frequencies and at the same time achieving the magnitude of the magnetic fluxes generated by the transmitting coils, resulting in a symmetrical configuration in this respect, with respect to reliable detection of the object and its direction of movement is particularly favorable.
  • the sensor device according to the invention can in this case also be configured such that it has a generator which feeds the transmitting coils of both sensor units with alternating current.
  • this has a housing enclosing both sensor units. This is advantageous because in comparison to a likewise conceivable embodiment, in which each of the sensor units has its own housing, costs and space are saved.
  • this comprises an evaluation device connected to the receiving coils of both sensor units.
  • the evaluation device is thereby enabled to evaluate the received signals of the two sensor units both individually and in combination with each other. This results in advantages in terms of the reliability of both the detection of the respective object as such and the detection of the direction of movement of the object.
  • the sensor device according to the invention can also be developed in such a way that the evaluation device is arranged in a separate housing from the sensor units.
  • this may result in particular advantages with regard to the impact of mechanical or electrical disturbances on the evaluation device, with respect to the space available for the evaluation device and / or with respect to the accessibility of the evaluation device. That's the way it is
  • the transmitting coil and / or the receiving coil are each part of a resonant circuit for each of the two sensor units.
  • the sensor device according to the invention can also be developed such that for each of the two sensor units, the transmitting coil and / or the receiving coil are formed free of ferromagnetic materials.
  • the design of the respective coils free of ferromagnetic materials offers the advantage that this reduces or avoids inductive interferences.
  • the sensor device according to the invention can be used for any purpose, i. in particular for the detection of objects of any kind, can be used. This includes, for example, a use in the field of industrial automation.
  • the sensor device according to the invention is designed as a wheel sensor for detecting a magnetic field change caused by an object in the form of a wheel approaching on a rail in the direction of movement in the form of the rail longitudinal direction or moving past the wheel sensor in the rail longitudinal direction. This is advantageous because corresponding wheel sensors find a wide variety of applications in the field of railway automation and, due to the arrangement of the sensor units of the sensor device on the rail, are usually exposed to significant interference.
  • the invention further comprises an installation of the track-bound traffic, in particular a train detection system, with at least one sensor device according to the invention or at least one sensor device according to one of the previously described preferred developments of the sensor device according to the invention.
  • FIG. 1 shows in a schematic sketch a lateral perspective view of an arrangement with an embodiment of the inventive sensor device
  • FIG. 2 shows in a further schematic sketch in a plan view a representation with a section of the sensor device according to the invention according to the embodiment of FIG. 1
  • FIG. 1 shows in a schematic sketch a lateral perspective view of an arrangement with an exemplary embodiment of the sensor device according to the invention. Illustrated is a sensor device 1 in the form of a wheel sensor arranged in the region of a rail 100. In this case, the sensor device 1 is arranged on the rail inner side and aligned with respect to their detection range upwards so that they the wheel flange or the running surface of the sensor device 1 or approximately past the sensor device 1 passing iron wheels of
  • the sensor device 1 comprises two sensor units 10 and 20, each having two receiving coils 12, 13 and 22, 23. Relative to a given by the rail longitudinal direction of movement 5 is between the receiving Spools 12, 13 and 22, 23 each arranged an AC-powered transmitting coil 11 and 21 respectively.
  • the longitudinal axes 12a, 13a, 22a, 23a of the receiving coils 12, 13 and 22, 23 of the two sensor units 10, 20 are aligned perpendicular to the direction of movement 5 in the form of the rail longitudinal direction.
  • the transmitting coils 11, 21 are arranged such that their longitudinal axes IIa, 21a parallel to the direction of movement 5 and thus perpendicular to the longitudinal axes 12a, 13a,
  • the transmitting coils 11, 21 Due to the orientation and arrangement of the transmitting coils 11, 21, these generate magnetic fields or magnetic fluxes 60, 70, which run essentially horizontally along the rail 100. Due to the orientation of the longitudinal axes 12a, 13a, 22a, 23a of the receiving coils 12, 13, 22, 23, which are perpendicular to the direction of movement 5, the transmitting coils 11, 21 thus induce voltages in the respective receiving coils 12, 13 and 22, 23, respectively Field distorting materials due to the location of the receiving coils 12, 13, 22, 23 in the middle of the magnetic fields or magnetic fluxes 60, 70 would be extremely low.
  • the rail head 110 of the rail 100 causes a field distortion, by which a Feidunsymmetrie arises, which leads to receiving signals of the receiving coils 12, 13, 22, 23 in the form of a signal arresting voltage without being influenced by a passing wheel.
  • the magnetic field lines cause the respective two receiver coils 12, 13, 22, 23 of these sensor units 10, 20 in each case flow through in the opposite direction, so that, due to the symmetrical Auf from basically for the two receiving coils 12, 13 of the left sensor unit 10 equal signal voltages with opposite phase position would give ben.
  • the receiving coils 12 and 13 or 22 and 23 of each of the sensor units 10, 20 are advantageously in each case opposite one another - interconnected with each other in series.
  • the signal voltages detected by the receiving coils 12, 13 or 22, 23 and caused by the magnetic fluxes 60, 70 advantageously add up.
  • an external magnetic interference field which is indicated in FIG. 1 in the region of the left sensor unit 10 by reference numeral 80 and which may be caused, for example, by rail currents, penetrates the receiver coils 12, 13 of the relevant sensor unit 10 in such a way that the reception interference voltages are transmitted through the sensor subtract opposing interconnection of the receiving coils 12, 13, so completely or at least substantially cancel.
  • the sensor device 1 illustrated in FIG. 1 is furthermore distinguished, in particular, by the fact that the transmitter coils 11, 21 of the two sensor units 10, 20 generate opposing magnetic fluxes 60, 70.
  • the left sensor unit 10 When passing movement or passage of a wheel in the direction of movement 5, ie in this case from left to on the right, the left sensor unit 10 will first generate a received signal. If the wheel continues to roll, the field of the transmitting coil 21 of the right-hand sensor unit 20 is also increasingly distorted as a result.
  • This field distortion additionally influences the received signal or the received voltage in the right receiver coil 13 of the left sensor unit 10 in such a way that the amplitude of the received signal, ie the receiving voltage, increases and the received signal as such therefore remains longer overall or decreases comparatively slowly when the wheel is traveling ,
  • This effect is advantageously symmetrical to the effect that an object moving past the sensor device 1 in the form of the wheel in the center of the sensor device 1 in each case leads to an increase in the reception voltages of the central receiver coils 13, 22 with the participation of
  • Magnetic fields or magnetic fluxes 60, 70 of both transmission coils 11, 21 leads. As a result, this results in an increase of the signal overlap in a wheel crossing associated with a received signal increase. This is advantageous especially at low signal levels, since this avoids interference due to insufficient overlap times. Ultimately, this leads to the fact that the sensor device 1 by means of the two sensor units 10, 20 particularly reliable, even under difficult conditions, a detection of approaching or passing wheels and in particular the direction of movement 5 of the wheels can make.
  • the receiving coils 12, 13 and 22, 23 are arranged such that the longitudinal axes IIa, 21a of the transmitting coils 11 and 21 of the sensor units 10, 20 receive the receiving coils 12 , 13 and 22, 23 of the sensor units 10, 20 outside the respective transmitter coil 11 and 21, respectively.
  • the sensor device 1 is further designed such that with respect to the direction of movement 5 each one of the two receiving coils 13 and 22 between the transmitting coils 11, 21 of the sensor units 10, 20 is arranged and the respective receiving coils 13, 22 have the same sense of winding.
  • the receiving coils 12, 13 and 22, 23 of the respective sensor unit 10 and 20 are arranged symmetrically with respect to the transmitting coil 11 and 21 of the respective sensor unit 10 and 20, respectively.
  • a corresponding symmetrical arrangement is advantageous both in terms of the space requirement of the sensor device and in terms of its flexible applicability.
  • the sensor device 1 has a housing 30 enclosing both sensor units 10, 20.
  • the receiving coils 13 and 22 arranged between the transmitting coils 11, 21 of the two sensor units 10, 20 it should be noted that in principle the position of these two receiving coils 13, 22 could be interchanged with one another.
  • the sensor unit 10 would thus comprise the receiver coils 12 and 22 and the sensor unit 20 would comprise the receiver coils 13 and 23, ie the two sensor units 10, 20 would be related to the direction of movement 5, ie
  • Corresponding permutation of the position of the receiving coils 13, 21 is possible because the opposite orientation of the magnetic fluxes 60, 70 of the transmitting coils 11, 21 for the respective receiving coils 13, 22 receive signals in the form of voltages With this, there is advantageously the possibility, depending on the respective conditions and requirements to vary the overlap of the received voltages of the receiving coils 12, 13, 22, 23.
  • the sensor units 10 and 20 could also be arranged tilted or tilted relative to the rail 100. In this case, therefore, the entire system comprising the transmitting coils 11, 21 and the receiving coils 12, 13, 22, 23 would be arranged rotated about an axis parallel to the rail longitudinal direction.
  • FIG. 2 shows in a further schematic sketch in a plan view a representation with a section of the sensor device according to the invention according to the exemplary embodiment of FIG. 1.
  • the sensor device 1 according to the representation of FIG. 1 has a further corresponding sensor unit likewise arranged in the region of the rail head 110.
  • the sensor unit 10 comprises a transmitting coil 11 and two receiving coils 12 and 13.
  • the receiving coils 12, 13 are interconnected in series in opposite directions, so that the individual received signals of the two receiving coils Subtract 12, 13 and can be tapped as signal voltage U.
  • the signal voltage U is supplied to an evaluation device 40, which is spaced apart from the sensor unit 10 in a second embodiment.
  • Paraten housing 50 is arranged, which may be part of a track connection housing, for example.
  • resulting from the opposite direction interconnection of the two receiving coils 12, 13 advantageously a substantial compensation of interference fields, which may be caused for example by rail currents.
  • the embodiment of the sensor device 1 according to the invention explained with reference to the figures has the advantage that in particular the opposing magnetic fluxes 60, 70 generated by the transmitting coils 11, 21 increase the signal overlap of the receiving coils 12, 13 and 22, 23, respectively lead, which is favorable especially at low signal levels with regard to the avoidance of interference due to insufficient overlap times. Furthermore, advantageously, the subtraction of two received signals or voltages of different sign per sensor unit 10, 20 and the additional influence of the adjacent sensor unit 10 or 20 on the respective receiving voltage causes the field deflection caused by a passing or approaching object to be used several times. This has an advantageous effect on the overall signal progression of the sensor device 1 in that it increases
  • the field compensating structure of the sensor device 1 with transmitting coils 11, 21 and receiving coils 12, 13, 22, 23 advantageously also increases the immunity to interference with respect to external sources.
  • the sensor device 1 described above is thus particularly powerful and, in particular, permits particularly reliable detection of the direction of movement of the objects to be detected.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine besonders leistungsfähige Sensoreinrichtung (1) zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung (5) der Sensoreinrichtung (1) annäherndes oder in der Bewegungsrichtung (5) an der Sensoreinrichtung (1) vorbeibewegendes Objekt verursacht ist. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung (1) weist zwei Sensoreinheiten (10, 20) auf, wobei jede der Sensoreinheiten (10, 20) zwei Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) sowie eine bezogen auf die Bewegungsrichtung (5) zwischen den Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) angeordnete wechselstromgespeiste Sendespule (11; 21) umfasst, wobei die Längsachsen (12a, 13a; 22a, 23a) der Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) beider Sensoreinheiten (10, 20) im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung (5) ausgerichtet sind, wobei die Längsachsen (11a; 21a) der Sendespulen (11; 21) beider Sensoreinheiten (10, 20) im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung (5) ausgerichtet sind, wobei die Sendespulen (11; 21) der beiden Sensoreinheiten (10, 20) bezogen auf die Bewegungsrichtung (5) hintereinander angeordnet sind, und wobei die Sensoreinrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass die Sendespulen (11; 21) der beiden Sensoreinheiten (10, 20) einander entgegengerichtete magnetisehe Flüsse (60, 70) erzeugen. Die Erfindung umfasst ferner eine Anlage des spurgebundenen Verkehrs mit zumindest einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung (1).

Description

Beschreibung
Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung sowie Anlage des spurgebundenen Verkehrs mit zumindest einer sol- chen Sensoreinrichtung
Sensoreinrichtungen zum Erfassen von Magnetfeldänderungen werden in unterschiedlichen technischen Bereichen eingesetzt, wie beispielsweise in der Industrieautomatisierung oder der Eisenbahnautomatisierung. Beispielsweise werden entsprechende Sensoreinrichtungen in der Eisenbahnautomatisierung in Form von nach einem induktiven Wirkprinzip arbeitenden Radsensoren beziehungsweise Achszählsensoren insbesondere im Bereich der Gleisfreimeldetechnik verwendet. So ist etwa aus der deut- sehen Offenlegungsschrift DE 10 2012 212 939 AI ein Radsensor bekannt, der zwei Empfangsspulen sowie eine bezogen auf die Schienenlängsrichtung zwischen den Empfangsspulen angeordnete wechselstromgespeiste Sendespule umfasst. Bei Sensoreinrichtungen zum Erfassen einer Magnetfeldänderung in Form von zur Achszählung verwendeten Radsensoren werden zur Fahrtrichtungserkennung üblicherweise Doppelsensorsysteme, d.h. Sensoreinrichtungen mit zwei Sensoreinheiten, verwendet. Dabei überlappen sich die von den beiden Sensorein- heiten erfassten Empfangssignale bei einer Radüberfahrt zeitlich derart, dass aus der Abfolge der Signale in einer Auswerteeinrichtung die Fahrtrichtung ermittelt werden kann. Bei einem entsprechenden Doppelsystem ist somit die Überlappung der Empfangssignale im Rahmen der Fahrtrichtungserkennung von großer Bedeutung. Dabei ist zu berücksichtigen, dass entsprechende Doppelsysteme üblicherweise in einem gemeinsamen Gehäuse hintereinander in Schienenlängsrichtung am Gleis angeordnet sind, wodurch sich physikalisch bedingt bei einer Radüberfahrt nur eine begrenzte Signalüberlappung ergibt, deren Ausprägung insbesondere von dem Durchmesser des jeweiligen zu detektierenden Rades abhängt. So nimmt die Überlappung der Empfangssignale bei Rädern kleinen Durchmessers oder auch generell bei einer vergleichsweise geringen Beeinflussung der jeweiligen EmpfangsSignale durch ein sich der Sensoreinrichtung annäherndes beziehungsweise an dieser vorbeibewegendes Rad üblicherweise ab. Dies kann letztlich zu Störungen dahingehend führen, dass seitens einer an die beiden Sensoreinhei- ten angebundenen Auswerteeinrichtung etwa aufgrund einer Unterschreitung einer minimalen Überlappungszeit keine gesicherte Zuordnung der Signale der beiden Sensoreinheiten und damit im Ergebnis keine zuverlässige Fahrtrichtungserkennung mehr möglich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung der Sensoreinrichtung annäherndes oder in der Bewegungsrichtung an der Sensor- einrichtung vorbeibewegendes Objekt verursacht ist, anzugeben, die besonders leistungsfähig ist und insbesondere eine besonders zuverlässige Erkennung der Bewegungsrichtung des Objekts ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung der Sensoreinrichtung annäherndes oder in der Bewegungsrichtung an der Sensoreinrichtung vorbeibewegendes Objekt verursacht ist, wobei die Sen- soreinrichtung zwei Sensoreinheiten aufweist, wobei jede der Sensoreinheiten zwei Empfangsspulen sowie eine bezogen auf die Bewegungsrichtung zwischen den Empfangsspulen angeordnete wechselstromgespeiste Sendespule umfasst, wobei die Längsachsen der Empfangsspulen beider Sensoreinheiten im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sind, wobei die Längsachsen der Sendespulen beider Sensoreinheiten im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sind, wobei die Sendespulen der beiden Sensoreinheiten bezogen auf die Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet sind, und wo- bei die Sensoreinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Sendespulen der beiden Sensoreinheiten einander entgegengerichtete magnetische Flüsse erzeugen. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung der Sensoreinrichtung annäherndes oder in der Bewegungsrichtung an der Sensoreinrichtung vorbeibewegendes Ob- jekt verursacht ist, zeichnet sich somit zunächst dadurch aus, dass sie zwei Sensoreinheiten aufweist. Die Sensoreinrichtung ist somit als zur Erkennung der Bewegungsrichtung des sich annähernden oder an der Sensoreinrichtung vorbeibewegenden Objekts geeignetes Doppelsensorsystem ausgeführt.
Erfindungsgemäß umfasst hierbei jede der Sensoreinheiten zwei Empfangsspulen sowie eine bezogen auf die Bewegungsrichtung zwischen den Empfangsspulen angeordnete wechselstromgespeiste Sendespule. Durch die jeweilige wechselstromgespeiste Sende- spule wird somit ein Magnetfeld beziehungsweise ein magnetischer Fluss erzeugt, dessen Veränderung durch das sich annähernde beziehungsweise vorbeibewegende Objekt mittels der Empfangsspulen detektiert wird. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Längsachsen der Empfangsspulen beider Sensoreinheiten senkrecht beziehungsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sind. Dies bedeutet, dass die Sensoreinrichtung für ihren be- stimmungsgemäßen Betrieb gerade derart angeordnet beziehungsweise montiert wird, dass die Längsachsen der Empfangsspulen beider Sensoreinheiten so ausgerichtet sind, dass sich das zu detektierende Objekt in der Bewegungsrichtung senkrecht zu den Längsachsen der Empfangsspulen annähert beziehungsweise an der Sensoreinrichtung vorbeibewegt.
Erfindungsgemäß sind die Längsachsen der Sendespulen beider Sensoreinheiten parallel beziehungsweise zumindest im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet. Folglich stehen insbesondere auch die Längsachsen der Sendespulen sowie der Empfangsspulen senkrecht beziehungsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander. Die Sendespulen der beiden Sensoreinheiten der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind bezogen auf die Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung derart ausgebildet, dass die Sendespulen der Sensoreinheiten einander entgegengerichtete magnetische Flüsse erzeugen.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung ist vorteilhaft, da sich aufgrund der Anordnung und Ausrichtung der Sende- und Empfangsspulen sowie der entgegengerichteten magnetischen Flüsse der Sendespulen eine besonders ausgeprägte zeitliche Überlappung der mittels der jeweiligen Empfangsspulen erfass- ten Empfangssignale der beiden Sensoreinheiten ergibt. Dies ist insbesondere bei kleinen Signalpegeln dahingehend vor- teilhaft, dass durch zu geringe Überlappungszeiten der Empfangssignale der beiden Sensoreinheiten verursachte Störungen im Zusammenhang mit einer Erkennung der Bewegungsrichtung des zu detektierenden Objektes vermieden beziehungsweise im Vergleich zu vorbekannten Sensoreinrichtungen zumindest redu- ziert werden. Darüber hinaus wird durch den Einfluss der benachbarten Sensoreinheiten die durch das sich annähernde beziehungsweise vorbeibewegende Objekt verursachte Ablenkung beziehungsweise Änderung des magnetischen Feldes beziehungsweise des magnetischen Flusses derart vorteilhaft ausgenutzt, dass die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung eine besonders hohe Empfindlichkeit in Bezug auf eine Detektion des Objekts aufweist .
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Sensoreinrichtung sind die Sendespulen und die Empfangsspulen beider Sensoreinheiten bezogen auf die Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet. Dies bedeutet, dass alle insgesamt sechs Spulen der Sensoreinrichtung in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, dass Störeinflüsse zwischen den beiden Sensoreinheiten beziehungsweise deren Spulensystemen vermieden und eine zuverlässige Detektion des Objekts sowie seiner Bewegungsrichtung ermöglicht wird. Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass für jede der beiden Sensoreinheiten die Empfangsspulen derart angeordnet sind, dass die Längsachse der Sendespule der jeweiligen Sensoreinheit die Empfangsspulen der betreffenden Sensoreinheit außerhalb der Sendespule schneidet. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Empfangsspulen und die Sendespule der jeweiligen Sensoreinheit im Wesentlichen in einer Ebene ange- ordnet sind. Für den Fall einer Sensoreinrichtung in Form eines an einer Schiene montierten Radsensors ergibt sich hierbei, dass die Empfangsspulen sowie die Sendespule der jeweiligen Sensoreinheiten horizontal auf gleicher Höhe angeordnet sind .
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind für jede der beiden Sensoreinheiten die Empfangsspulen jeweils gegensinnig miteinander in Reihe verschaltet. Dies bietet den Vorteil, dass die gegensinnige Verschaltung der Empfangsspulen sowie ihre Anordnung in Bezug auf die jeweilige Sendespule dazu führen, dass sich durch ein vorbeibewegendes beziehungsweise annäherndes Objekt verursachte SignalSpannungen addieren, während sich Empfangsstörspannungen, die durch ein äußeres magnetisches Störfeld verursacht sind, durch die gegensinnige Verschaltung der Empfangsspulen subtrahieren und damit vollständig oder zumindest weitgehend kompensieren beziehungsweise auslöschen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass induktiv arbeitende Sensoreinrichtungen üblicherweise vergleichsweise störempfindlich sind gegenüber Störungen, deren Frequenz der Arbeitsfrequenz der jeweiligen Sensoreinrichtung entspricht. Im Falle von Sensoreinrichtungen in Form von Radsensoren können entsprechende Störspannungen beispielsweise durch Schienenströme entstehen. Hierbei erzeugt der durch die Schiene fließende Rückleiterstrom einer Lokomotive (beziehungsweise dessen Oberwellenanteil) ein Störsignal, das in Form von Schwebungen von der Sensoreinrichtung empfangen wird. Entsprechende Schwebungen lassen sich üblicherweise nicht ohne weiteres von den durch eine Beeinflussung durch ein sich vorbeibewegendes Rad eines Schienenfahrzeugs verursachten Signalen trennen beziehungsweise unterscheiden. Weiterhin können Störungen beispielsweise auch durch benachbarte Sensorein- richtungen mit gleicher Arbeitsfrequenz verursacht werden.
Unabhängig von der Art und Herkunft der jeweiligen Störsignale zeichnet sich die zuvor genannte bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung aufgrund der gegensinnigen Verschaltung der jeweiligen Empfangsspulen der bei- den Sensoreinheiten durch eine besonders ausgeprägte Störun- empfindlichkeit aus. Vorteilhafterweise sind die beiden Empfangsspulen dabei für jede der beiden Sensoreinheiten zwecks Erzielung einer bestmöglichen Störfeldkompensation dahingehend gleich aufgebaut, dass sie etwa in Bezug auf ihre Geo- metrie sowie ihre Windungszahl übereinstimmen.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass bezogen auf die Bewegungsrichtung jeweils eine der beiden Empfangsspulen der beiden Sensoreinheiten zwischen den Sendespulen der beiden Sensoreinheiten angeordnet ist und die betreffenden Empfangsspulen denselben Wicklungssinn aufweisen. Dies ist vorteilhaft, da sich hierdurch insbesondere im Überlappungsbereich der beiden Sensoreinheiten, d.h. für solche Positionen des zu detektie- renden Objekts, die eine signifikante Beeinflussung der beiden betreffenden Empfangsspulen bewirken, ein besonders günstiger Signalverlauf insbesondere im Hinblick auf eine zuverlässige Erkennung der Bewegungsrichtung des Objekts ergibt. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind für jede der beiden Sensoreinheiten die Empfangsspulen der jeweiligen Sensoreinheit bezogen auf die Bewegungsrichtung symmetrisch zur Sendespule der jeweiligen Sensoreinheit angeordnet. Eine ent- sprechende symmetrische Anordnung in Bezug auf die Sendespule ist dahingehend vorteilhaft, dass sich hierdurch ein besonders einfacher und platzsparender Aufbau der Sensoreinrich- tung ergibt und diese aufgrund der Symmetrie weiterhin besonders flexibel einsetzbar ist.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass die Sendespulen der beiden Sensoreinheiten mit Wechselstrom gleicher Frequenz gespeist sind. Dies bietet den Vorteil, dass die Notwendigkeit der Bereitstellung von Wechselstrom beziehungsweise WechselSpannung unterschiedlicher Frequenz vermieden wird und gleichzeitig erreicht wird, dass sich die durch die Sendespulen erzeugten magnetischen Flüsse betragsmäßig entsprechen, wodurch sich eine diesbezüglich symmetrische Ausgestaltung ergibt, die in Bezug auf eine zuverlässige Detektion des Objekts sowie dessen Bewegungsrichtung besonders günstig ist. Vorteilhafter- weise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung hierbei weiterhin derart ausgestaltet sein, dass sie einen die Sendespulen beider Sensoreinheiten mit Wechselstrom speisenden Generator aufweist. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung weist diese ein beide Sensoreinheiten umschließendes Gehäuse auf. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch im Vergleich zu einer ebenfalls denkbaren Ausführungsform, bei der jede der Sensoreinheiten ein eigenes Gehäuse aufweist, Kosten sowie Platz eingespart werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung umfasst diese eine an die Empfangsspulen beider Sensoreinheiten angebundene Auswerteein- richtung. Der Auswerteeinrichtung wird es damit ermöglicht, die Empfangssignale der beiden Sensoreinheiten sowohl jeweils für sich als auch in Kombination miteinander auszuwerten. Hierdurch ergeben sich Vorteile in Bezug auf die Zuverlässigkeit sowohl der Detektion des jeweiligen Objekts als solchen als auch der Erkennung der Bewegungsrichtung des Objekts.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Auswerteeinrichtung gemeinsam mit den beiden Sensoreinheiten in einem Gehäuse an- geordnet ist. Dies bietet sich insbesondere in solchen Fällen an, in denen sich hierdurch keine Nachteile für den Betrieb sowie gegebenenfalls die Wartung der Auswerteeinrichtung, etwa aufgrund von Rand- oder Umgebungsbedingungen, ergeben.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass die Auswerteeinrichtung in einem von den Sensoreinheiten getrennten Gehäuse angeordnet ist. In Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall können sich hierdurch Vorteile insbesondere in Bezug auf die Einwirkung von mechanischen oder elektrischen Störungen auf die Auswerteeinrichtung, in Bezug auf den für die Auswerteeinrichtung verfügbaren Platz und/oder in Bezug auf die Zugänglichkeit der Auswerteeinrichtung ergeben. So ist es
beispielsweise im Falle von Sensoreinrichtungen in Form von Radsensoren häufig günstig, die Auswerteeinrichtung beabstandet von den unmittelbar am Gleis montierten Sensoreinheiten anzuordnen. So werden entsprechende Auswerteeinrichtungen in diesem Fall üblicherweise in einem in der Regel einige Me- ter von den Sensoreinheiten entfernten Gleisanschlussgehäuse untergebracht. Hierdurch ergeben sich einerseits Vorteile in Bezug auf den für die Auswerteinrichtung verfügbaren Platz sowie den Schutz vor unmittelbar im Bereich der Schiene einwirkenden mechanischen oder elektrischen Störeinflüssen. An- dererseits ist die Auswerteeinrichtung im Falle von Wartungsoder Reparaturarbeiten vorteilhafterweise zugänglich, ohne dass hierbei Personal im gefährlichen Bereich unmittelbar am Gleis tätig werden muss. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind für jede der beiden Sensoreinheiten die Sendespule und/oder die Empfangsspule jeweils Bestandteil einer Schwingkreisschaltung. Dies ist im Hinblick auf eine Bereitstellung eines ausreichenden magnetischen Flusses insbesondere in Bezug auf die Sendespulen vorteilhaft. Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch derart weitergebildet sein, dass für jede der beiden Sensoreinheiten die Sendespule und/oder die Empfangsspule frei von ferromagnetischen Materialien ausgebildet sind. Die Ausfüh- rung der jeweiligen Spulen frei von ferromagnetischen Materialien bietet den Vorteil, dass hierdurch induktive Störbeeinflussungen reduziert beziehungsweise vermieden werden.
Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung für beliebige Zwecke, d.h. insbesondere zur Detektion von Objekten beliebiger Art, eingesetzt werden. Dies schließt beispielsweise einen Einsatz im Bereich der Industrieautomatisierung ein. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung als Radsensor zum Erfassen einer Magnetfeldänderung ausgebildet, die durch ein Objekt in Form eines sich auf einer Schiene in der Bewegungsrichtung in Form der Schienenlängsrichtung annähernden oder in der Schienenlängsrichtung an dem Radsensor vorbeibewegenden Rades verursacht ist. Dies ist vorteilhaft, da entsprechende Radsensoren im Bereich der Eisenbahnautomatisierung vielfältige Anwendung finden und aufgrund der Anordnung der Sensoreinheiten der Sensoreinrichtung an der Schiene übli- cherweise erheblichen Störeinflüssen ausgesetzt sind. Darüber hinaus ist insbesondere bei Verwendung entsprechender Radsensoren zur Gleisfreimeldung eine zuverlässige Detektion eines sich annähernden beziehungsweise vorbeibewegenden Rades sowie auch dessen Bewegungs- beziehungsweise Fahrtrichtung von größter Bedeutung. Damit kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung im Falle einer als Radsensor ausgebildeten Sensoreinrichtung in besonderer Weise zur Geltung.
Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Anlage des spurgebun- denen Verkehrs, insbesondere eine Gleisfreimeldeanlage, mit zumindest einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung beziehungsweise zumindest einer Sensoreinrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei - spiels näher erläutert. Hierzu zeigt
Figur 1 in einer schematischen Skizze eine seitliche perspektivische Darstellung einer Anordnung mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungs- gemäßen Sensoreinrichtung und
Figur 2 in einer weiteren schematischen Skizze in einer Draufsicht eine Darstellung mit einem Ausschnitt der erfindungsgemäßen Sensorein- richtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden in den Figuren für gleiche oder gleich wirkende Komponenten dieselben Bezugszei - chen verwendet.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Skizze eine seitliche perspektivische Darstellung einer Anordnung mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Darge- stellt ist eine Sensoreinrichtung 1 in Form eines im Bereich einer Schiene 100 angeordneten Radsensors. Dabei ist die Sensoreinrichtung 1 an der Schieneninnenseite angeordnet und in Bezug auf ihren Detektionsbereich derart nach oben ausgerichtet, dass sie den Spurkranz beziehungsweise die Lauffläche sich der Sensoreinrichtung 1 annähernder beziehungsweise an der Sensoreinrichtung 1 vorbeibewegender Eisenräder von
Schienenfahrzeugen detektiert.
Die Sensoreinrichtung 1 umfasst zwei Sensoreinheiten 10 und 20, die jeweils zwei Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 aufweisen. Bezogen auf eine durch die Schienenlängsrichtung gegebene Bewegungsrichtung 5 ist dabei zwischen den Empfangs- spulen 12, 13 bzw. 22, 23 jeweils eine wechselstromgespeiste Sendespule 11 bzw. 21 angeordnet.
Entsprechend der Darstellung der Figur 1 sind die Längsachsen 12a, 13a, 22a, 23a der Empfangsspulen 12, 13 beziehungsweise 22, 23 der beiden Sensoreinheiten 10, 20 senkrecht zur Bewegungsrichtung 5 in Form der Schienenlängsrichtung ausgerichtet. Demgegenüber sind die Sendespulen 11, 21 derart angeordnet, dass ihre Längsachsen IIa, 21a parallel zur Bewegungs- richtung 5 und damit senkrecht zu den Längsachsen 12a, 13a,
22a, 23a der Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 ausgerichtet sind. Weiterhin ist erkennbar, dass die Sendespulen 11, 21 sowie die Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 beider Sensoreinheiten 10, 20 bezogen auf die Bewegungsrichtung 5 jeweils beabstandet hintereinander, d.h. in Schienenlängsrichtung gesehen „in einer Reihe", angeordnet sind.
Aufgrund der Ausrichtung und Anordnung der Sendespulen 11, 21 erzeugen diese Magnetfelder beziehungsweise magnetische Flüs- se 60, 70, die im Wesentlichen horizontal entlang der Schiene 100 verlaufen. Aufgrund der zur Bewegungsrichtung 5 senkrechten Ausrichtung der Längsachsen 12a, 13a, 22a, 23a der Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 induzieren die Sendespulen 11, 21 somit in den jeweiligen Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 Spannungen, die in Abwesenheit von feldverzerrenden Materialien aufgrund der Lage der Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 in der Mitte der Magnetfelder beziehungsweise magnetischen Flüsse 60, 70 äußerst gering wären. Der Schienenkopf 110 der Schiene 100 verursacht jedoch eine Feldverzerrung, durch die eine Feidunsymmetrie entsteht, die auch ohne Beeinflussung durch ein sich vorbeibewegendes Rad zu Empfangssignalen der Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 in Form einer Signalruhespannung führt . Gemäß den in Figur 1 angedeuteten magnetischen Flüssen 60, 70 führt dies bezogen auf jede der beiden Sensoreinheiten 10, 20 dazu, dass die Magnetfeldlinien die jeweiligen beiden Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 dieser Sensoreinheiten 10, 20 jeweils in gegensinniger Richtung durchfließen, so dass sich aufgrund des symmetrischen Auf aus grundsätzlich für die beiden Empfangsspulen 12, 13 der linken Sensoreinheit 10 gleich hohe SignalSpannungen mit entgegengesetzter Phasenlage erge- ben würden. Gleiches gilt analog in Bezug auf die beiden Empfangsspulen 22, 23 der rechten Sensoreinheit 20. Wie weiter unten anhand von Figur 2 näher erläutert werden wird, sind die Empfangsspulen 12 und 13 bzw. 22 und 23 jeder der Sensoreinheiten 10, 20 jedoch vorteilhafterweise jeweils gegensin- nig miteinander in Reihe verschaltet. Dies führt dazu, dass sich die von den Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 erfassten, durch die magnetischen Flüsse 60, 70 bewirkten Signalspannungen vorteilhafterweise addieren. Hingegen wird ein äußeres magnetisches Störfeld, das in Figur 1 im Bereich der linken Sensoreinheit 10 mit dem Bezugszeichen 80 angedeutet ist und das beispielsweise durch Schienenströme verursacht sein kann, die Empfangsspulen 12, 13 der betreffenden Sensoreinheit 10 derart durchdringen, dass sich die Empfangsstörspannungen durch die gegensinnige Verschaltung der Empfangsspulen 12, 13 subtrahieren, also vollständig oder zumindest im Wesentlichen auslöschen .
Die in Figur 1 dargestellte Sensoreinrichtung 1 zeichnet sich weiterhin insbesondere dadurch aus, dass die Sendespulen 11, 21 der beiden Sensoreinheiten 10, 20 einander entgegengerichtete magnetische Flüsse 60, 70 erzeugen. Vorteilhafterweise weisen die Sensoreinheiten 10, 20, die gemeinsam ein Doppelsystem bilden, hierbei dahingehend die gleiche Arbeitsfrequenz auf, dass die Sendespulen 11, 21 der beiden Sensorein- heiten 10, 20 mit Wechselstrom gleicher Frequenz gespeist sind. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Sendespulen 11, 21 beider Sensoreinheiten 10, 20 jeweils mit einem die Sendespulen 11, 21 mit Wechselstrom speisenden Generator verbunden sind, der in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
Bei Vorbeibewegung beziehungsweise Überfahrt eines Rades in der Bewegungsrichtung 5, d.h. vorliegend von links nach rechts, wird zunächst die linke Sensoreinheit 10 ein Empfangssignal erzeugen. Rollt das Rad weiter, wird in der Folge auch das Feld der Sendespule 21 der rechten Sensoreinheit 20 immer stärker verzerrt. Diese Feldverzerrung beeinflusst je- doch zusätzlich dahingehend das Empfangssignal beziehungsweise die EmpfangsSpannung in der rechten Empfangsspule 13 der linken Sensoreinheit 10, dass die Amplitude des Empfangssignals, d.h. die EmpfangsSpannung, ansteigt und das Empfangssignal als solches somit bei Radüberfahrt insgesamt länger erhalten bleibt beziehungsweise vergleichsweise langsam abnimmt. Dieser Effekt ist vorteilhafterweise dahingehend symmetrisch, dass ein sich an der Sensoreinrichtung 1 vorbeibewegendes Objekt in Form des Rades in der Mitte der Sensoreinrichtung 1 jeweils zu einer Erhöhung der EmpfangsSpannungen der mittleren Empfangsspulen 13, 22 unter Beteiligung der
Magnetfelder beziehungsweise magnetischen Flüsse 60, 70 beider Sendespulen 11, 21 führt. Im Ergebnis ergibt sich hierdurch somit eine Erhöhung der Signalüberlappung bei einer Radüberfahrt verbunden mit einer Empfangssignalerhöhung . Dies ist gerade bei kleinen Signalpegeln vorteilhaft, da hierdurch Störungen aufgrund zu geringer Überlappungszeiten vermieden werden. Letztlich führt dies dazu, dass die Sensoreinrichtung 1 mittels der beiden Sensoreinheiten 10, 20 besonders zuverlässig, auch unter schwierigen Bedingungen, eine Detektion sich annähernder beziehungsweise vorbeibewegender Räder sowie insbesondere der Bewegungsrichtung 5 der betreffenden Räder vornehmen kann .
Aus der Figur 1 ist weiterhin erkennbar, dass für jede der beiden Sensoreinheiten 10, 20 die Empfangsspulen 12, 13 beziehungsweise 22, 23 derart angeordnet sind, dass die Längsachsen IIa, 21a der Sendespulen 11 bzw. 21 der Sensoreinheiten 10, 20 die Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 der Sensoreinheiten 10, 20 außerhalb der jeweiligen Sendespule 11 bzw. 21 schneiden. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Sendespulen 11, 21 und die Empfangsspulen 12, 13, 22 und 23 im Wesentlichen horizontal auf gleicher Höhe angeordnet sind. Vorteilhafterweise ist die Sensoreinrichtung 1 weiterhin derart ausgeführt, dass bezogen auf die Bewegungsrichtung 5 jeweils eine der beiden Empfangsspulen 13 beziehungsweise 22 zwischen den Sendespulen 11, 21 der Sensoreinheiten 10, 20 angeordnet ist und die betreffenden Empfangsspulen 13, 22 denselben Wicklungssinn aufweisen. Hierdurch wird eine weitere Erhöhung der Signalüberlappung der beiden Sensoreinheiten 10, 20 erzielt. Entsprechend der Darstellung der Figur 1 sind die Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 der jeweiligen Sensoreinheit 10 bzw. 20 bezogen auf die Bewegungsrichtung 5 symmetrisch zur Sendespule 11 bzw. 21 der jeweiligen Sensoreinheit 10 bzw.20 angeordnet. Eine entsprechende symmetrische Anordnung ist so- wohl in Bezug auf den Platzbedarf der Sensoreinrichtung als auch in Bezug auf ihre flexible Einsetzbarkeit vorteilhaft.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Sensoreinrichtung 1 ein beide Sensoreinheiten 10, 20 umschließendes Gehäuse 30 auf.
Im Hinblick auf die zwischen den Sendespulen 11, 21 der beiden Sensoreinheiten 10, 20 angeordneten Empfangsspulen 13 und 22 ist anzumerken, dass grundsätzlich die Position dieser beiden Empfangsspulen 13, 22 miteinander vertauscht werden könnte. In Bezug auf die Darstellung der Figur 1 würde in diesem Fall somit die Sensoreinheit 10 die Empfangsspulen 12 und 22 und die Sensoreinheit 20 die Empfangsspulen 13 und 23 umfassen, d.h. die beiden Sensoreinheiten 10, 20 würden bezo- gen auf die Bewegungsrichtung 5, d.h. im vorliegenden Fall die Schienenlängsrichtung, „überlappen". Eine entsprechende Vertauschung der Position der Empfangsspulen 13, 21 ist möglich, da die entgegengesetzte Ausrichtung der magnetischen Flüsse 60, 70 der Sendespulen 11, 21 für die betreffenden Empfangsspulen 13, 22 Empfangssignale in Form von Spannungen mit gleichem Vorzeichen ergibt. Damit besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, in Abhängigkeit von den jeweiligen Ge- gebenheiten und Anforderungen die Überlappung der Empfangs- Spannungen der Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 zu variieren.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die Sensoreinheiten 10 und 20 alternativ zur Darstellung der Figur 1 auch zur Schiene 100 geneigt beziehungsweise gekippt angeordnet sein könnten. In diesem Fall wäre somit das gesamte System umfassend die Sendespulen 11, 21 sowie die Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 um eine Achse parallel zur Schienenlängsrichtung gedreht angeordnet.
Die Sendespulen 11, 21 sowie die Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 sind vorteilhafterweise vollständig frei von ferromagneti - sehen Materialien, d.h. als Luftspulen, aufgebaut. Darüber hinaus können die genannten Spulen vorteilhafterweise als Bestandteil von Schwingkreisen ausgeführt werden, wodurch sich in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten eine Erhöhung der Empfindlichkeit ergibt. Figur 2 zeigt in einer weiteren schematischen Skizze in einer Draufsicht eine Darstellung mit einem Ausschnitt der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1. Dabei ist im Unterschied zu Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die linke Sensoreinheit 10 der Sen- soreinrichtung 1 gezeigt. Unabhängig hiervon weist die Sensoreinrichtung 1 gemäß der Darstellung der Figur 1 eine weitere ebenfalls im Bereich des Schienenkopfes 110 angeordnete entsprechende Sensoreinheit auf. Die Sensoreinheit 10 umfasst analog zur Darstellung der Figur 1 eine Sendespule 11 sowie zwei Empfangsspulen 12 und 13. Gemäß der Darstellung der Figur 2 sind die Empfangsspulen 12, 13 dabei gegensinnig miteinander in Reihe verschaltet, so dass sich die einzelnen Empfangssignale der beiden Empfangs- spulen 12, 13 subtrahieren und als SignalSpannung U abgegriffen werden können. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 wird die SignalSpannung U einer Auswerteeinrichtung 40 zugeführt, die beabstandet von der Sensoreinheit 10 in einem se- paraten Gehäuse 50 angeordnet ist, das beispielsweise Bestandteil eines Gleisanschlussgehäuses sein kann. Wie bereits im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert, ergibt sich durch die gegensinnige Verschaltung der beiden Empfangsspulen 12, 13 vorteilhafterweise eine weitgehende Kompensation von Störfeldern, die beispielsweise durch Schienenströme verursacht sein können .
Entsprechend den vorstehenden Ausführungen weist das anhand der Figuren erläuterte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 1 den Vorteil auf, dass insbesondere die durch die Sendespulen 11, 21 erzeugten entgegengerichteten magnetischen Flüsse 60, 70 zu einer Erhöhung der Signalüberlappung der Empfangsspulen 12, 13 bzw. 22, 23 führen, was gerade bei kleinen Signalpegeln im Hinblick auf die Vermeidung von Störungen aufgrund zu geringer Überlappungszeiten günstig ist. Des Weiteren wird vorteilhafterweise durch die Subtraktion von zwei Empfangssignalen beziehungsweise - Spannungen unterschiedlichen Vorzeichens pro Sensoreinheit 10, 20 und den zusätzlichen Einfluss der benachbarten Sensoreinheit 10 beziehungsweise 20 auf die jeweilige Empfangsspannung die durch ein sich vorbeibewegendes oder annäherndes Objekt verursachte Feldablenkung mehrfach ausgenutzt. Dies wirkt sich dahingehend vorteilhaft auf den Gesamtsignalver- lauf der Sensoreinrichtung 1 aus, dass diese eine erhöhte
Empfindlichkeit aufweist. Darüber hinaus erhöht der feldkompensierende Aufbau der Sensoreinrichtung 1 mit Sendespulen 11, 21 sowie Empfangsspulen 12, 13, 22, 23 vorteilhafterweise auch die Störsicherheit gegenüber äußeren Quellen. Im Ergeb- nis ist die zuvor beschriebene Sensoreinrichtung 1 somit besonders leistungsfähig und erlaubt insbesondere eine besonders zuverlässige Erkennung der Bewegungsrichtung der zu de- tektierenden Objekte.

Claims

Patentansprüche
1. Sensoreinrichtung (1) zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung (5) der Sensoreinrichtung (1) annäherndes oder in der Bewegungsrichtung (5) an der Sensoreinrichtung (1) vorbeibewegendes Objekt verursacht ist,
- wobei die Sensoreinrichtung (1) zwei Sensoreinheiten (10, 20) aufweist,
- wobei jede der Sensoreinheiten (10, 20) zwei Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) sowie eine bezogen auf die Bewegungsrichtung (5) zwischen den Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) angeordnete wechselstromgespeiste Sendespule (11; 21) um- fasst ,
- wobei die Längsachsen (12a, 13a; 22a, 23a) der Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) beider Sensoreinheiten (10, 20) im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung (5) ausgerichtet sind,
- wobei die Längsachsen (IIa; 21a) der Sendespulen (11; 21) beider Sensoreinheiten (10, 20) im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung (5) ausgerichtet sind,
- wobei die Sendespulen (11; 21) der beiden Sensoreinheiten (10, 20) bezogen auf die Bewegungsrichtung (5) hintereinander angeordnet sind,
- und wobei die Sensoreinrichtung (1) derart ausgebildet
ist, dass die Sendespulen (11; 21) der beiden Sensoreinheiten (10, 20) einander entgegengerichtete magnetische Flüsse (60, 70) erzeugen.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Sendespulen (11; 21) und die Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) beider Sensoreinheiten (10, 20) bezogen auf die Bewegungsrichtung (5) hintereinander angeordnet sind.
3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für jede der beiden Sensoreinheiten (10, 20) die Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) derart angeordnet sind, dass die Längsachse (IIa; 21a) der Sendespule (11; 21) der jeweiligen Sensoreinheit (10, 20) die Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) der betreffenden Sensoreinheit (10, 20) außerhalb der Sendespule (11; 21) schneidet.
4. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
für jede der beiden Sensoreinheiten (10, 20) die Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) jeweils gegensinnig miteinander in Reihe verschaltet sind.
5. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
bezogen auf die Bewegungsrichtung (5) jeweils eine der beiden Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) der beiden Sensoreinheiten (10, 20) zwischen den Sendespulen (11; 21) der beiden Sensoreinheiten (10, 20) angeordnet ist und die betreffenden Emp- fangsspulen (13; 22) denselben Wicklungssinn aufweisen.
6. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
für jede der beiden Sensoreinheiten (10, 20) die Empfangsspu- len (12, 13; 22, 23) der jeweiligen Sensoreinheit (10, 20) bezogen auf die Bewegungsrichtung (5) symmetrisch zur Sendespule (11; 21) der jeweiligen Sensoreinheit (10, 20) angeordnet sind.
7. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Sendespulen (11; 21) der beiden Sensoreinheiten (10, 20) mit Wechselstrom gleicher Frequenz gespeist sind.
8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensoreinrichtung (1) einen die Sendespulen (11; 21) beider Sensoreinheiten (10, 20) mit Wechselstrom speisenden Generator aufweist.
9. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Sensoreinrichtung (1) ein beide Sensoreinheiten (10, 20) umschließendes Gehäuse (30) aufweist.
10. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Sensoreinrichtung (1) eine an die Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) beider Sensoreinheiten (10, 20) angebundene Auswerteeinrichtung (40) umfasst.
11. Sensoreinrichtung nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Auswerteeinrichtung (40) in einem von den Sensoreinheiten (10, 20) getrennten Gehäuse (50) angeordnet ist.
12. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
für jede der beiden Sensoreinheiten (10, 20) die Sendespule (11; 21) und/oder die Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) jeweils Bestandteil einer Schwingkreisschaltung sind.
13. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
für jede der beiden Sensoreinheiten (10, 20) die Sendespule (11; 21) und/oder die Empfangsspulen (12, 13; 22, 23) frei von ferromagnetischen Materialien ausgebildet sind.
14. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Sensoreinrichtung (1) als Radsensor zum Erfassen einer Magnetfeldänderung ausgebildet ist, die durch ein Objekt in Form eines sich auf einer Schiene (100) in der Bewegungsrichtung (5) in Form der Schienenlängsrichtung annähernden oder in der Schienenlängsrichtung an dem Radsensor vorbeibewegenden Rades verursacht ist.
15. Anlage des spurgebundenen Verkehrs, insbesondere Gleis- freimeldeanlage , mit zumindest einer Sensoreinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
EP15715997.1A 2014-04-17 2015-03-30 Sensoreinrichtung zum erfassen einer magnetfeldänderung sowie anlage des spurgebundenen verkehrs mit zumindest einer solchen sensoreinrichtung Active EP3107791B1 (de)

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