EP4144612A1 - Sensoreinrichtung, anordnung und verfahren zum erfassen einer änderung eines magnetfeldes - Google Patents

Sensoreinrichtung, anordnung und verfahren zum erfassen einer änderung eines magnetfeldes Download PDF

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EP4144612A1
EP4144612A1 EP22185369.0A EP22185369A EP4144612A1 EP 4144612 A1 EP4144612 A1 EP 4144612A1 EP 22185369 A EP22185369 A EP 22185369A EP 4144612 A1 EP4144612 A1 EP 4144612A1
Authority
EP
European Patent Office
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rail
sensor device
magnetic field
receiving
resonant circuit
Prior art date
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Pending
Application number
EP22185369.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Freise
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4144612A1 publication Critical patent/EP4144612A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B61L1/167—Circuit details

Definitions

  • the invention relates to a sensor device for detecting a change in a magnetic field caused by a wheel of a rail vehicle approaching the sensor device on a rail, having at least one receiving resonant circuit which is designed to generate a receiving voltage caused by the magnetic field, and having at least one with the evaluation device connected to the receiving resonant circuit, which is designed to evaluate the received voltage.
  • the invention relates to a method for detecting a change in a magnetic field caused by a wheel of a rail vehicle approaching the sensor device on a rail.
  • Inductively working axle counting sensors are well known in track vacancy detection technology for railway systems. These are used to count axles or rather wheels of a train as it passes over a sensor device. This is used to determine, for example, whether a certain section of track is occupied by a train or not.
  • Such sensor devices are for example in DE 10 2016 211 354 A1 , the DE 10 2016 201 896 A1 or the DE 10 2014 207 409 A1 described.
  • track sections are evaluated as free or occupied in a railway system by means of such sensor devices referred to as axle counting sensors. Depending on this, track sections are released for a train to drive on or not. Therefore, it is special for the safety of the railway technical system It is important that the sensor devices used determine the wheel crossings of the rail vehicles with as few errors as possible. So-called miscounts, which can occur due to measurement inaccuracies, are to be avoided. So that incorrect counts cannot lead to accidents, a great deal of effort is expended in order to recognize or avoid them. In any case, it is desirable to provide improved sensor devices with which miscounts can be avoided.
  • the sensor device achieves the object according to the invention by at least one power source which has at least two connection contacts that can be connected to the rail and which is designed to provide a rail current that can be fed into the rail at the connection contacts, the magnetic field in a rail section being generated from the rail current fed into the rail can be generated between the connection contacts and the receiving resonant circuit can be arranged in the rail section between the connection contacts.
  • the method according to the invention achieves the object according to the invention in that a rail current is fed into a rail section of the rail between at least two connection contacts, a magnetic field is generated by the alternating current and a receiving voltage in a receiving resonant circuit is generated by the magnetic field, and the receiving voltage and a voltage caused by the change in the magnetic field Change in the receiving voltage can be evaluated.
  • the rail current is fed into the running rail by means of the connection contacts and through the in the running rail during operation of the sensor device flowing alternating current generates the magnetic field around the rail.
  • This magnetic field changes as a result of the wheel of a rail vehicle passing the sensor device, which can be detected with the aid of the receiving resonant circuit and the evaluation device.
  • the so-called transmitter resonant circuits for generating the magnetic field can thus be dispensed with.
  • the sensor device according to the invention is less susceptible to erroneous counts, which are triggered, for example, by iron parts located on the underside of the rail vehicle, such as magnetic brakes. This is to be regarded as particularly advantageous because fewer miscounts occur as a result.
  • the magnetic field generated by means of the sensor device according to the invention has magnetic field lines which run approximately concentrically around the rail. This concentric course of the magnetic field lines leads to a lower sensitivity of the sensor device according to the invention in the area above the upper edge of the rail.
  • connection contacts of the power source are preferably connected to the running rail with a particularly low resistance in order to minimize power losses and optimally conduct the rail current into the running rail.
  • a strong rail current of several amperes is advantageous.
  • Existing mounting holes or similar can also be used to connect the connection contacts to the rail.
  • the receiving resonant circuit according to the invention is made up of a receiving coil, a capacitor and a resistor.
  • the evaluation device connected to the receiving resonant circuit can have a microcontroller, for example, which is used, for example, to process arithmetic operations.
  • the received voltage is evaluated and thereby a magnetic field change caused by the approaching or passing wheel is detected.
  • the evaluation device can form an output signal for further processing within the railway system.
  • a threshold value for the change in the received voltage or a change in the phase position possibly taking into account the rail current, can be stored in the evaluation device, from which a magnetic field change caused by a wheel is assumed. This threshold value can be parameterized.
  • the evaluation device can be connected to the current source and designed to evaluate the rail current. This has the advantage that a change in the received voltage can be determined particularly clearly relative to the rail current.
  • the evaluation device can be designed to evaluate a change in the relative phase angles of the received voltage and rail current. This has the advantage that when looking at the phase angles, a clearly measurable change in the magnetic field change caused by a wheel can be seen. As a result, the wheel crossing can be detected particularly easily and incorrect measurements can be avoided particularly well.
  • the current source can be designed to provide the rail current essentially at a resonant frequency of the receiving resonant circuit.
  • the magnetic field which is an alternating magnetic field, is also changed at the resonant frequency and thus causes optimal behavior of the receiver resonant circuit.
  • the sensor device can have at least one signal processing device for the received voltage and/or the rail current, which is designed for level adjustment, filtering and/or amplification.
  • the sensor device can have at least two receiving resonant circuits that can be arranged next to one another in the longitudinal direction of the rail.
  • the receiving resonant circuits of this embodiment arranged next to one another are influenced in chronological succession by the approaching wheel of the rail vehicle, so that the direction of movement can be determined from the difference in time.
  • the sensor device can have at least one housing in which the at least one receiving resonant circuit is arranged.
  • the invention also relates to an arrangement with at least one rail and with at least one sensor device for detecting a change in magnetic field caused by a wheel of a rail vehicle approaching the sensor device on the rail, the sensor device being arranged on the rail.
  • the sensor device is designed according to one of the previously described embodiments.
  • connection contacts of the power source can be arranged on one side of the rail and the at least one receiving resonant circuit can be arranged on the other side of the rail.
  • a receiving coil of the receiving resonant circuit can be positioned relative to the rail in such a way that a receiving voltage that can be measured by the evaluation device is generated both with and without a change in the magnetic field. This has the advantage that the magnetic field change caused by the approaching wheel can be detected particularly well.
  • figure 1 shows a running rail 1 shown in cross section, which is part of a route of a railway system and is traveled on by rail vehicles.
  • a sensor device 2 In order to detect axles or rather wheels 7 of rail vehicles 8 passing the rail 1, an exemplary embodiment of a sensor device 2 according to the invention is provided.
  • the sensor device 2 includes in the exemplary embodiment Figures 1-3 a receiving resonant circuit 3, an evaluation device 4 and a current source 5.
  • the sensor device 2 forms, together with the rail 1 on which the sensor device 2 is arranged, an arrangement 6 according to the invention.
  • a state is shown in which a wheel 7 of a rail vehicle 8 is located in the area of the sensor device 2 .
  • the current source 5 is designed to provide an alternating current and comprises two connection contacts 9.
  • a rail current I s generated by the current source 5 is provided at the connection contacts 9 via lines 10.
  • the connection contacts 9 are each connected to the running rail 1 with the lowest possible resistance, so that the rail current I s can be fed into the running rail 1 .
  • the connection contacts 9 are spaced a distance A apart in a longitudinal direction L of the rail. Thus, when the sensor device 2 is in operation, the rail current I_s flows in a rail section 26 between the connection contacts 9.
  • the running rail 1 is made of electrically conductive material, such as steel. Consequently, a magnetic field 11 is formed essentially concentrically around the rail 1 by the current I s flowing.
  • the magnetic field lines are schematic shown with dashed arrows. So that a magnetic field 11 optimized for the function of the sensor device 2 is generated, the current source 5 in the embodiment in FIG Figures 1 to 3 a relatively strong rail current I_s with a strength of several amperes.
  • the connection contacts 9 can be installed, for example, in existing bores in the running rail 1 .
  • the frequency of the rail current I s generated by the current source 5 advantageously corresponds to a resonant frequency of the receiving resonant circuit 3, which can also be referred to as the working frequency.
  • the receiving resonant circuit 3 includes a receiving coil 12 and a capacitor 13 and a resistor 14, which are shown in FIG.
  • the receiving resonant circuit 3 is constructed as a parallel resonant circuit.
  • the receiving resonant circuit 3 is arranged in a housing 15 for protection.
  • the receiving resonant circuit 3 is positioned in such a way that the receiving coil 12 is penetrated by the magnetic field 11 .
  • the in the Figures 1-3 The exemplary cylindrical coil is arranged with the cylinder axis substantially transverse to the magnetic field lines. This is also essentially transverse to the rail longitudinal direction L.
  • the receiving coil 12 is positioned in the magnetic field 11 in such a way that it is penetrated by the magnetic field lines both in the state with wheel 7 and without wheel 7 .
  • an electrical voltage is induced in the receiving resonant circuit 3 during operation.
  • the magnetic field 11 changes due to the passing wheel 7 of the rail vehicle 8.
  • the change in the magnetic field also changes the voltage induced in the receiving resonant circuit 3, which is determined by the evaluation device 4 is determined and described in more detail below.
  • the receiving coil 12 is positioned in such a way that the magnetic field 11 penetrates in a transverse direction Q, which is essentially transverse to the longitudinal direction L of the rails.
  • the receiving coil 12 is fixed to the rail 1 so that its position does not change, for example not due to the passing rail vehicles 8 or weather influences. This can be done, for example, by means of suitable fastening means on the running rail 1 .
  • the evaluation device 4 is in the embodiment in the Figures 1-3 connected both to the power source 5 and to the receiving resonant circuit 3 in terms of signals.
  • the evaluation device 4 thus receives both the rail current I_s provided by the current source 5 and the voltage induced in the receiving resonant circuit 3, which is referred to below as U_E and in figure 3 is shown.
  • the evaluation device 4 comprises two signal processing devices 16, 17.
  • the input signals, ie the rail current I_s and the voltage U_E, are preprocessed by the signal processing devices 16, 17.
  • This signal pre-processing can be amplification, level adjustment or filtering, for example.
  • the signals are then each converted in a further processing device 18, 19 to form a square-wave signal.
  • the evaluation device 4 further includes in the exemplary embodiment Figures 1-3 an analog analysis device 20, which generates an analog signal 23 corresponding to the phase shift t_p from the square-wave signals 21 and 22.
  • the resulting voltage U diff is fed within the evaluation device 4 for further processing, for example to a downstream microprocessor 24, which is also part of the evaluation device 4.
  • the microprocessor 24 determines a control signal 25, which is output by the evaluation device 4, for further processing in the railway system, for example in a signal box.
  • the control signal 25 is output, for example, when the voltage U_diff exceeds a predetermined threshold value, which can be regarded as representative of the identified wheel.
  • the square-wave signals 21, 22 can also be routed directly to the microprocessor 24 for further processing within the evaluation device 4, as in 3 shown with solid arrows.
  • the signal U_E can also be fed directly to the microprocessor 25 for level evaluation.
  • This received voltage U E would already be sufficient to detect the wheel 7 driving past the sensor device 2, because this changes the magnetic field and thus also the received voltage U E.
  • the evaluation of the received voltage U_E is therefore already sufficient to detect the wheel 7.
  • FIGS Figures 4 and 5 In contrast to the embodiments of Figures 1-3 comprises the sensor device 2 in the embodiment in FIGS Figures 4 and 5 two resonant circuits 3 arranged side by side in the longitudinal direction L of the rails.
  • the two resonant circuits 3 are arranged in a common housing 15 and, like the resonant circuit 3 of the embodiment of FIG Figures 1-3 educated.
  • the two receiving resonant circuits 3, which can also be referred to as different channels of the sensor device 2, are evaluated separately by the evaluation device 4.
  • the evaluation is carried out in the same way as in figure 3 for the embodiments of Figures 1-3 shown.
  • the magnetic field 11, which forms in the entire rail section 26 between the connection contacts 9, is changed.
  • This magnetic field change which differs over time between the receiving resonant circuits 3 , is also reflected in a change over time in the receiving voltage UE of the two receiving resonant circuits 3 .
  • the evaluation device 4 can use the microprocessor 24 to determine the direction of travel of the rail vehicle 8 from the time offset.
  • the two receiving resonant circuits 3 advantageously use the same rail current I s that flows between the connection contacts 9 . Since the distance A between the connection contacts 9 offers enough space, further receiving resonant circuits 3 could also be arranged next to one another. The number of receiving resonant circuits 3 used is only limited by the distance A of the rail section 26.
  • connection contacts 9 are advantageously connected to the running rail 1 with particularly low resistance. This minimizes power losses.
  • figure 5 is the embodiment in figure 4 shown in a plan view from above.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
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  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung (2) zum Erfassen einer Änderung eines Magnetfeldes (11), die durch ein sich der Sensoreinrichtung (2) auf einer Fahrschiene (1) annäherndes Rad (7) eines Schienenfahrzeugs (8) verursacht wird, mit wenigstens einem Empfangsschwingkreis (3), der zum Erzeugen einer durch das Magnetfeld (11) verursachten Empfangsspannung (U_E) ausgebildet ist, und mit wenigstens einer mit dem Empfangsschwingkreis (3) verbundenen Auswerteeinrichtung (4), die zum Auswerten der Empfangsspannung (U_E) ausgebildet ist.Um Fehlzählungen zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung wenigstens eine Stromquelle (5) umfasst, die wenigstens zwei mit der Fahrschiene (1) verbindbare Anschlusskontakte (9) aufweist und die zum Bereitstellen eines in die Fahrschiene (1) einspeisbaren Schienenstroms (I_s) an den Anschlusskontakten (9) ausgebildet ist, wobei von dem in die Fahrschiene (1) eingespeisten Schienenstrom (I_s) das Magnetfeld (11) in einem Schienenabschnitt (26) zwischen den Anschlusskontakten (9) erzeugbar ist und der Empfangsschwingkreis (3) im Schienenabschnitt (26) zwischen den Anschlusskontakten (9) anordenbar ausgebildet ist.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erfassen einer Änderung eines Magnetfeldes (11), die durch ein sich der Sensoreinrichtung (2) auf einer Fahrschiene (1) annäherndes Rad (7) eines Schienenfahrzeugs (3) verursacht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Änderung eines Magnetfeldes, die durch ein sich der Sensoreinrichtung auf einer Fahrschiene annäherndes Rad eines Schienenfahrzeugs verursacht wird, mit wenigstens einem Empfangsschwingkreis, der zum Erzeugen einer durch das Magnetfeld verursachten Empfangsspannung ausgebildet ist, und mit wenigstens einer mit dem Empfangsschwingkreis verbundenen Auswerteeinrichtung, die zum Auswerten der Empfangsspannung ausgebildet ist.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen einer Änderung eines Magnetfeldes, die durch ein sich der Sensoreinrichtung auf einer Fahrschiene annäherndes Rad eines Schienenfahrzeugs verursacht wird.
  • In der Gleisfreimeldetechnik für eisenbahntechnische Anlagen sind induktiv arbeitende Achszählsensoren hinlänglich bekannt. Diese werden verwendet, um Achsen oder vielmehr Räder eines Zuges bei dessen Überfahrt über eine Sensoreinrichtung zu zählen. Dadurch wird beispielsweise festgestellt, ob ein bestimmter Gleisabschnitt von einem Zug belegt ist oder nicht.
  • Solche Sensoreinrichtungen sind beispielsweise in der DE 10 2016 211 354 A1 , der DE 10 2016 201 896 A1 oder der DE 10 2014 207 409 A1 beschrieben.
  • Wie oben bereits erwähnt, werden in einer eisenbahntechnischen Anlage mittels solcher als Achszählsensoren bezeichneten Sensoreinrichtungen Gleisabschnitte als frei oder belegt gewertet. Davon abhängig werden Gleisabschnitte für eine Befahrung durch einen Zug freigegeben oder nicht. Daher ist es für die Sicherheit der eisenbahntechnischen Anlage besonders wichtig, dass die eingesetzten Sensoreinrichtungen möglichst fehlerfrei die Radüberfahrten der Schienenfahrzeuge ermitteln. Sogenannte Fehlzählungen, die aufgrund von Messungenauigkeiten auftreten können, sind zu vermeiden. Damit Fehlzählungen nicht zu Unfällen führen können, wird ein hoher Aufwand betrieben, um diese zu erkennen bzw. zu vermeiden. In jedem Fall ist es wünschenswert, verbesserte Sensoreinrichtungen bereitzustellen, mit denen Fehlzählungen vermieden werden können.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensoreinrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen Fehlzählungen vermieden werden können.
  • Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung löst die Aufgabe erfindungsgemäß durch wenigstens eine Stromquelle, die wenigstens zwei mit der Fahrschiene verbindbare Anschlusskontakte aufweist und die zum Bereitstellen eines in die Fahrschiene einspeisbaren Schienenstroms an den Anschlusskontakten ausgebildet ist, wobei von dem in die Fahrschiene eingespeisten Schienenstrom das Magnetfeld in einem Schienenabschnitt zwischen den Anschlusskontakten erzeugbar ist und der Empfangsschwingkreis im Schienenabschnitt zwischen den Anschlusskontakten anordenbar ausgebildet ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren löst die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass ein Schienenstrom in einen Schienenabschnitt der Fahrschiene zwischen wenigstens zwei Anschlusskontakten eingespeist wird, von dem Wechselstrom ein Magnetfeld und von dem Magnetfeld eine Empfangsspannung in einem Empfangsschwingkreis erzeugt werden, und die Empfangsspannung und eine durch die Magnetfeldänderung verursachte Änderung der Empfangsspannung ausgewertet werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird im Betrieb der Sensoreinrichtung der Schienenstrom mittels der Anschlusskontakte in die Fahrschiene eingespeist und durch den in der Fahrschiene fließenden Wechselstrom das Magnetfeld um die Fahrschiene herum erzeugt. Dieses Magnetfeld ändert sich durch das die Sensoreinrichtung passierende Rad eines Schienenfahrzeugs, was mit Hilfe des Empfangsschwingkreises und der Auswerteeinrichtung detektierbar ist. Im Vergleich zu den bekannten Sensoreinrichtungen kann somit auf die sogenannten Senderschwingkreise zum Erzeugen des Magnetfeldes verzichtet werden.
  • Weiterhin hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung weniger anfällig für Fehlzählungen ist, die beispielsweise durch an der Unterseite des Schienenfahrzeugs befindliche Eisenteile wie beispielsweise magnetische Bremsen ausgelöst werden. Dies ist als besonders vorteilhaft anzusehen, weil dadurch weniger Fehlzählungen auftreten.
  • Das mittels der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung erzeugte Magnetfeld weist magnetische Feldlinien auf, die um die Schiene herum näherungsweise konzentrisch verlaufen. Dieser konzentrische Verlauf der magnetischen Feldlinien führt zur geringeren Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung im Bereich oberhalb der Schienenoberkante.
  • Die Anschlusskontakte der Stromquelle werden vorzugsweise besonders niederohmig mit der Fahrschiene verbunden, um Leistungsverluste zu minimieren und den Schienenstrom optimal in die Fahrschiene zu leiten. Um eine deutliche und gut messbare Änderung der Empfangsspannung bei Radüberfahrt zu erreichen, ist ein kräftiger Schienenstrom von mehreren Ampere vorteilhaft. Für die Verbindung der Anschlusskontakte mit der Fahrschiene können auch vorhandene Befestigungsbohrungen oder ähnliches verwendet werden. Der erfindungsgemäße Empfangsschwingkreis ist aus einer Empfangsspule, einem Kondensator und einem Widerstand aufgebaut. Die mit dem Empfangsschwingkreis verbundene Auswerteeinrichtung kann beispielsweise eine Mikrokontroller aufweisen, der z.B. zum Abarbeiten von Rechenoperationen dient. Mit der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung wird die Empfangsspannung ausgewertet und dadurch eine durch das annähernde oder vorbeifahrende Rad verursachte Magnetfeldänderung erkannt. Die Auswerteeinrichtung kann bei einer erkannten für die Radüberfahrt repräsentativen Magnetfeldänderung ein Ausgabesignal zur weiteren Verarbeitung innerhalb der eisenbahntechnischen Anlage ausbilden. Hierfür kann in der Auswerteeinrichtung ein Schwellwert für die Änderung der Empfangsspannung oder auch eine Änderung der Phasenlage, ggf. unter Berücksichtigung des Schienenstroms, hinterlegt sein, ab dem von einer durch ein Rad verursachten Magnetfeldänderung ausgegangen wird. Dieser Schwellwert ist parametrierbar.
  • Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausgestaltungen weiterentwickelt werden, wie sie im Folgenden beschrieben sind.
  • So kann die Auswerteeinrichtung mit der Stromquelle verbunden und zum Auswerten des Schienenstroms ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass relativ zum Schienenstrom eine Änderung der Empfangsspannung besonders eindeutig ermittelt werden kann.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Auswerteeinrichtung zum Auswerten einer Änderung der relativen Phasenlagen von Empfangsspannung und Schienenstrom ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass bei der Betrachtung der Phasenlagen eine deutlich messbare Änderung bei der durch ein Rad verursachten Magnetfeldänderung zu sehen ist. Hierdurch ist die Radüberfahrt besonders einfach detektierbar und Fehlmessungen können besonders gut vermieden werden.
  • Um ein noch deutlicheres Ergebnis bei der durch ein Rad verursachten Magnetfeldänderung zu detektieren, kann die Stromquelle ausgebildet sein, den Schienenstrom im Wesentlichen mit einer Resonanzfrequenz des Empfangsschwingkreises bereitzustellen. Bei einem mit der Resonanzfrequenz betriebenen Schienenstrom wird das Magnetfeld, das ein magnetisches Wechselfeld ist, ebenfalls mit der Resonanzfrequenz gewechselt und so ein optimales Verhalten des Empfangsschwingkreises verursacht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Sensoreinrichtung wenigstens eine Signalverarbeitungseinrichtung für die Empfangsspannung und/oder den Schienenstrom aufweisen, die zum Pegelanpassen, Filtern und/oder Verstärken ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Signale aus dem Empfangsschwingkreis optimal aufbereitet werden und so von der Auswerteeinrichtung besonders gut ausgewertet werden können. Zusätzlich kann auch ein Umwandeln zu einem Rechtecksignal erfolgen, dass einfacher zu verarbeiten ist und bei dem z.B. eine Veränderung der Phasenlage leichter erkennbar ist.
  • Um die Bewegungsrichtung des detektierten Rades ebenfalls zu ermitteln, kann die Sensoreinrichtung wenigstens zwei in Schienenlängsrichtung nebeneinander anordenbare Empfangsschwingkreise aufweisen. Die nebeneinander angeordneten Empfangsschwingkreise dieser Ausgestaltung werden zeitlich nacheinander von dem annähernden Rad des Schienenfahrzeugs beeinflusst, so dass aus der zeitlichen Differenz die Bewegungsrichtung ermittelt werden kann.
  • Um einen optimalen Schutz vor Umwelteinflüssen zu gewährleisten, kann die Sensoreinrichtung wenigstens ein Gehäuse aufweisen, in dem der wenigstens eine Empfangsschwingkreis angeordnet ist.
  • Ferner betrifft die Erfindung auch eine Anordnung mit wenigstens einer Fahrschiene und mit wenigstens einer Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich der Sensoreinrichtung auf der Fahrschiene annäherndes Rad eines Schienenfahrzeugs verursacht wird, wobei die Sensoreinrichtung an der Fahrschiene angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist.
  • Um eine Montage und Installation der Anordnung zu verbessern, können die Anschlusskontakte der Stromquelle auf der einen Seite der Fahrschiene angeordnet sein und der wenigstens eine Empfangsschwingkreis auf der anderen Seite der Fahrschiene angeordnet sein.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung kann eine Empfangsspule des Empfangsschwingkreises derart zur Fahrschiene positioniert sein, dass sowohl mit als auch ohne Magnetfeldänderung jeweils eine durch die Auswerteeinrichtung messbare Empfangsspannung erzeugt wird. Dies hat den Vorteil, dass die durch das annähernde Rad verursachte Magnetfeldänderung besonders gut detektiert werden kann.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen in den Zeichnungen erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung von beispielhaften Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Anordnung und erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung;
    Figur 2
    eine schematische Darstellung der Ausführungsformen in Figur 1 mit dem Einfluss eines vorbeifahrenden Rades eines Schienenfahrzeugs;
    Figur 3
    eine schematische Darstellung eines Schaltbildes der beispielhaften Ausführungsformen der Figuren 1 und 2;
    Figur 4
    eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung;
    Figur 5
    eine schematische Darstellung der Ausführungsform in Figur 4 in einer anderen Ansicht.
  • Zunächst wird die Erfindung anhand der beispielhaften Ausführungsform in den Figuren 1-3 beschrieben.
  • Figur 1 zeigt eine im Querschnitt dargestellte Fahrschiene 1, die Teil einer Fahrstrecke einer eisenbahntechnischen Anlage ist und von Schienenfahrzeugen befahren wird. Um Achsen bzw. vielmehr Räder 7 von die Fahrschiene 1 passierenden Schienenfahrzeugen 8 zu detektieren, ist eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 2 vorgesehen.
  • Die Sensoreinrichtung 2 umfasst in der beispielhaften Ausführungsform der Figuren 1-3 einen Empfangsschwingkreis 3, eine Auswerteeinrichtung 4 und eine Stromquelle 5. Die Sensoreinrichtung 2 bildet zusammen mit der Fahrschiene 1, an der die Sensoreinrichtung 2 angeordnet ist, eine erfindungsgemäße Anordnung 6 aus. In Figur 2 ist ein Zustand dargestellt, in dem sich ein Rad 7 eines Schienenfahrzeugs 8 im Bereich der Sensoreinrichtung 2 befindet.
  • Die Stromquelle 5 ist zur Bereitstellung eines Wechselstroms ausgebildet und umfasst zwei Anschlusskontakte 9. Über Leitungen 10 wird an den Anschlusskontakten 9 ein von der Stromquelle 5 erzeugter Schienenstrom I s bereitgestellt. Die Anschlusskontakte 9 sind jeweils möglichst niederohmig mit der Fahrschiene 1 verbunden, so dass der Schienenstrom I s in die Fahrschiene 1 eingespeist werden kann. Die Anschlusskontakte 9 sind in einer Schienenlängsrichtung L mit einem Abstand A voneinander entfernt. Somit fließt im Betrieb der Sensoreinrichtung 2 der Schienenstrom I_s in einem Schienenabschnitt 26 zwischen den Anschlusskontakten 9.
  • Die Fahrschiene 1 ist wie üblich aus elektrisch leitendem Material hergestellt, wie beispielsweise Stahl. Folglich bildet sich durch den fließenden Strom I s ein Magnetfeld 11 im Wesentlichen konzentrisch um die Fahrschiene 1 herum aus. In den Figuren 1 und 2 sind die magnetischen Feldlinien schematisch mit gestrichelten Pfeilen dargestellt. Damit ein für die Funktion der Sensoreinrichtung 2 optimiertes Magnetfeld 11 erzeugt wird, stellt die Stromquelle 5 bei der Ausführungsform in den Fig. 1 bis 3 einen relativ starken Schienenstrom I_s mit einigen Ampere Stärke zu Verfügung.
  • Aus Platzgründen und zur einfachen Installation sind die Anschlusskontakte 9 bei der beispielhaften Ausführungsform in den Figuren 1-3 gegenüberliegend vom Empfangsschwingkreis in einem mittleren Bereich der Fahrschiene 1 unterhalb des Schienenkopfes angeordnet. Die Anschlusskontakte 9 können beispielsweise in vorhandenen Bohrungen der Fahrschiene 1 installiert werden. Vorteilhafterweise entspricht die von der Stromquelle 5 erzeugte Frequenz des Schienenstroms I s einer Resonanzfrequenz des Empfangsschwingkreises 3, die auch als Arbeitsfrequenz bezeichnet werden kann.
  • Der Empfangsschwingkreis 3 umfasst eine Empfangsspule 12 sowie einen Kondensator 13 und einen Widerstand 14, die in Figur 3 dargestellt sind. Der Empfangsschwingkreis 3 ist als ein Parallelschwingkreis aufgebaut. Zum Schutz ist der Empfangsschwingkreis 3 in einem Gehäuse 15 angeordnet.
  • Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, ist der Empfangsschwingkreis 3 so positioniert, dass die Empfangsspule 12 von dem Magnetfeld 11 durchdrungen wird. Die in den Fig. 1-3 beispielhaft zylindrisch dargestellte Spule ist mit der Zylinderachse im Wesentlichen quer zu den Magnetfeldlinien angeordnet. Dies ist im Wesentlichen auch quer zur Schienenlängsrichtung L. Weiterhin ist die Empfangsspule 12 so im Magnetfeld 11 positioniert, dass sie sowohl im Zustand mit Rad 7 als auch ohne Rad 7 von den Magnetfeldlinien durchdrungen wird. Dadurch wird im Betrieb in dem Empfangsschwingkreis 3 eine elektrische Spannung induziert. Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, verändert sich das Magnetfeld 11 durch das vorbeifahrende Rad 7 des Schienenfahrzeugs 8. Durch die Magnetfeldänderung verändert sich auch die in dem Empfangsschwingkreis 3 induzierte Spannung, was durch die Auswerteeinrichtung 4 ermittelt und im Folgenden noch genauer beschrieben wird. Die Empfangsspule 12 ist so positioniert, dass das Magnetfeld 11 in einer Querrichtung Q durchdringt, die im Wesentlichen quer zur Schienenlängsrichtung L liegt. Die Empfangsspule 12 ist zur Fahrschiene 1 fest angeordnet, damit sich deren Position nicht verändert, beispielsweise auch nicht durch die vorbeifahrenden Schienenfahrzeuge 8 oder Wettereinflüsse. Die kann z.B. durch geeignete Befestigungsmittel an der Fahrschiene 1 geschehen.
  • Die Auswerteeinrichtung 4 ist bei der Ausführungsform in den Fig. 1-3 sowohl mit der Stromquelle 5 als auch mit dem Empfangsschwingkreis 3 signaltechnisch verbunden. So empfängt die Auswerteeinrichtung 4 sowohl den von der Stromquelle 5 bereitgestellten Schienenstrom I_s als auch die in dem Empfangsschwingkreis 3 induzierte Spannung, die im Folgenden als U_E bezeichnet wird und in Figur 3 dargestellt ist.
  • In der in den Figuren 1-3 dargestellten beispielhaften Ausführungsform der Sensoreinrichtung 2 umfasst die Auswerteeinrichtung 4 zwei Signalverarbeitungseinrichtungen 16, 17. Durch die Signalverarbeitungseinrichtungen 16, 17 werden die Eingangssignale, also der Schienenstrom I_s und die Spannung U_E vorverarbeitet. Diese Signalvorverarbeitung kann beispielsweise eine Verstärkung, Pegelanpassung oder Filterung sein. Anschließend werden die Signale jeweils in einer weiteren Verarbeitungseinrichtung 18, 19 zu einem Rechtecksignal gewandelt.
  • Die Auswerteeinrichtung 4 umfasst weiterhin in der beispielhaften Ausführungsform der Figuren 1-3 eine analoge Analyseeinrichtung 20, die aus den Rechtecksignalen 21 und 22 ein der Phasenverschiebung t_p entsprechendes Analogsignal 23 erzeugt. Die sich daraus ergebende Spannung U diff wird innerhalb der Auswerteeinrichtung 4 zur Weiterverarbeitung beispielsweise an einen nachgeschalteten Mikroprozessor 24 geführt, der ebenfalls Teil der Auswerteeinrichtung 4 ist.
  • Der Mikroprozessor 24 bestimmt ein Steuersignal 25, das von der Auswerteeinrichtung 4 ausgegeben wird, zur Weiterverarbeitung in der eisenbahntechnischen Anlage, beispielsweise in einem Stellwerk. Das Steuersignal 25 wird beispielsweise ausgegeben, wenn die Spannung U_diff einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, der für das erkannte Rad als repräsentativ angesehen werden kann.
  • Alternativ zu der mit gestrichelten Pfeilen in Fig. 3 dargestellten Signalführung über die Analyseeinrichtung 20 können innerhalb der Auswerteeinrichtung 4 die Rechtecksignale 21, 22 zur weiteren Verarbeitung auch direkt zum Mikroprozessor 24 geführt werden, wie in Fig. 3 mit durchgezogenen Pfeilen dargestellt.
  • Zusätzlich oder auch alternativ kann auch das Signal U_E dem Mikroprozessor 25 zur Pegelbewertung direkt zugeführt werden. Diese Empfangsspannung U E würde bereits ausreichen, um das an der Sensoreinrichtung 2 vorbeifahrende Rad 7 zu erkennen, weil sich hierdurch das Magnetfeld ändert und damit auch die Empfangsspannung U E. Die Auswertung der Empfangsspannung U_E reicht also bereits aus, um das Rad 7 zu erkennen.
  • Im Folgenden wird mit Bezug auf die Figuren 4 und 5 eine weitere beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 2 und der Anordnung 6 beschrieben. Der Einfachheit halber wird lediglich auf die Unterschiede zu der beispielhaften Ausführungsform der Figuren 1-3 eingegangen.
  • Im Gegensatz zu den Ausführungsformen der Figuren 1-3 umfasst die Sensoreinrichtung 2 in der Ausführungsform in den Figuren 4 und 5 zwei in Schienenlängsrichtung L nebeneinander angeordnete Empfangsschwingkreise 3. Die beiden Empfangsschwingkreise 3 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 15 angeordnet und jeweils wie der Empfangsschwingkreis 3 der Ausführungsform der Fig. 1-3 ausgebildet.
  • Die beiden Empfangsschwingkreise 3, die auch als unterschiedliche Kanäle der Sensoreinrichtung 2 bezeichnet werden können, werden von der Auswerteeinrichtung 4 separat ausgewertet. Die Auswertung geschieht jeweils in gleicher Weise wie in Figur 3 für die Ausführungsformen der Figuren 1-3 dargestellt.
  • Wenn ein Rad 7 eines Schienenfahrzeugs 8 die Sensoreinrichtung 2 der Ausführungsform in den Figuren 4 und 5 erreicht, wird das Magnetfeld 11, das sich im gesamten Schienenabschnitt 26 zwischen den Anschlusskontakten 9 ausbildet, verändert. Diese zwischen den Empfangsschwingkreisen 3 zeitlich unterschiedliche Magnetfeldänderung schlägt sich auch in einer zeitlich unterschiedlichen Veränderung der Empfangsspannung U E der beiden Empfangsschwingkreise 3 nieder. Aus dem zeitlichen Versatz kann die Auswerteeinrichtung 4 beispielsweise mittels des Mikroprozessors 24 die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs 8 bestimmen.
  • Die beiden Empfangsschwingkreise 3 nutzen in vorteilhafter Weise den gleichen Schienenstrom I s, der zwischen den Anschlusskontakten 9 fließt. Da der Abstand A zwischen den Anschlusskontakten 9 genügend Raum bietet, könnten auch weitere Empfangsschwingkreise 3 nebeneinander angeordnet sein. Die Anzahl der verwendeten Empfangsschwingkreise 3 ist lediglich begrenzt durch den Abstand A des Schienenabschnitts 26.
  • In sämtlichen Ausführungsformen der Fig. 1-5 sind die Empfangsschwingkreise 3 relativ zur Fahrschiene 1 fixiert.
  • Wie bereits bei der Ausführungsform der Figuren 1-3 erwähnt, sind die Anschlusskontakte 9 vorteilhafterweise besonders niederohmig mit der Fahrschiene 1 verbunden. Dadurch werden Leistungsverluste minimiert.
  • In Figur 5 ist die Ausführungsform in Figur 4 in einer Draufsicht von oben dargestellt.

Claims (11)

  1. Sensoreinrichtung (2) zum Erfassen einer Änderung eines Magnetfeldes (11), die durch ein sich der Sensoreinrichtung (2) auf einer Fahrschiene (1) annäherndes Rad (7) eines Schienenfahrzeugs (8) verursacht wird,
    mit wenigstens einem Empfangsschwingkreis (3), der zum Erzeugen einer durch das Magnetfeld (11) verursachten Empfangsspannung (U_E) ausgebildet ist, und
    mit wenigstens einer mit dem Empfangsschwingkreis (3) verbundenen Auswerteeinrichtung (4), die zum Auswerten der Empfangsspannung (U_E) ausgebildet ist,
    gekennzeichnet durch
    wenigstens eine Stromquelle (5), die wenigstens zwei mit der Fahrschiene (1) verbindbare Anschlusskontakte (9) aufweist und die zum Bereitstellen eines in die Fahrschiene (1) einspeisbaren Schienenstroms (I s) an den Anschlusskontakten (9) ausgebildet ist, wobei von dem in die Fahrschiene (1) eingespeisten Schienenstrom (I_s) das Magnetfeld (11) in einem Schienenabschnitt (26) zwischen den Anschlusskontakten (9) erzeugbar ist und der Empfangsschwingkreis (3) im Schienenabschnitt (26) zwischen den Anschlusskontakten (9) anordenbar ausgebildet ist.
  2. Sensoreinrichtung (2) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Auswerteeinrichtung (4) mit der Stromquelle (5) verbunden ist und zum Auswerten des Schienenstroms (I_s) ausgebildet ist.
  3. Sensoreinrichtung (2) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Auswerteeinrichtung (4) zum Auswerten einer Änderung der relativen Phasenlagen von Empfangsspannung (U_E) und Schienenstrom (I_s) ausgebildet ist.
  4. Sensoreinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet , dass
    die Stromquelle (5) ausgebildet ist, den Schienenstrom (I_s) im Wesentlichen mit einer Resonanzfrequenz des Empfangsschwingkreises (3) bereitzustellen.
  5. Sensoreinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Sensoreinrichtung (2) wenigstens eine Signalverarbeitungseinrichtung (16, 17) für die Empfangsspannung (U E) und/oder den Schienenstrom (I s) aufweist, die zum Pegelanpassen, Filtern und/oder Verstärken ausgebildet ist.
  6. Sensoreinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Sensoreinrichtung (2) wenigstens zwei in Schienenlängsrichtung (L) nebeneinander anordenbare Empfangsschwingkreise (3) aufweist.
  7. Sensoreinrichtung (2) nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Sensoreinrichtung (2) wenigstens ein Gehäuse (15) aufweist, in dem der wenigstens eine Empfangsschwingkreis (3) angeordnet ist.
  8. Anordnung (6) mit wenigstens einer Fahrschiene (1) und mit wenigstens einer Sensoreinrichtung (2) zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich der Sensoreinrichtung (2) auf der Fahrschiene (1) annäherndes Rad (7) eines Schienenfahrzeugs (3) verursacht wird, wobei die Sensoreinrichtung (2) an der Fahrschiene (1) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Sensoreinrichtung (2) nach einer der oben genannten Ansprüche 1-7 ausgebildet ist.
  9. Anordnung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Anschlusskontakte (9) der Stromquelle (5) auf der einen Seite der Fahrschiene (1) angeordnet sind und der wenigstens eine Empfangsschwingkreis (3) auf der anderen Seite der Fahrschiene (1) angeordnet ist.
  10. Anordnung (6) nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Empfangsspule (12) des Empfangsschwingkreises (3) derart zur Fahrschiene (1) positioniert ist, dass sowohl mit als auch ohne Magnetfeldänderung jeweils eine durch die Auswerteeinrichtung (4) messbare Empfangsspannung (U_E) erzeugt wird.
  11. Verfahren zum Erfassen einer Änderung eines Magnetfeldes (11), die durch ein sich der Sensoreinrichtung (2) auf einer Fahrschiene (1) annäherndes Rad (7) eines Schienenfahrzeugs (3) verursacht wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Schienenstrom (I s) in einen Schienenabschnitt (26) der Fahrschiene (1) zwischen wenigstens zwei Anschlusskontakten (9) eingespeist wird,
    von dem Wechselstrom ein Magnetfeld (11) und von dem Magnetfeld (11) eine Empfangsspannung (U E) in einem Empfangsschwingkreis (3) erzeugt werden, und
    die Empfangsspannung (U_E) und eine durch die Magnetfeldänderung verursachte Änderung der Empfangsspannung (U_E) ausgewertet werden.
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