EP4430243B1 - Vorrichtung zum detektieren von schwellen eines gleises - Google Patents

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EP4430243B1
EP4430243B1 EP22801965.9A EP22801965A EP4430243B1 EP 4430243 B1 EP4430243 B1 EP 4430243B1 EP 22801965 A EP22801965 A EP 22801965A EP 4430243 B1 EP4430243 B1 EP 4430243B1
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track
crosstie
detection sensor
hall
voltage
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EP4430243A1 (de
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Harald HÜTTMAYR
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HP3 Real GmbH
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    • E01B27/12—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track; Compacting track-carrying ballast
    • E01B27/13—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track
    • E01B27/16—Sleeper-tamping machines
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    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting sleepers of a track, comprising a sleeper detection sensor which can be arranged on a track construction machine, optionally on a track measuring car assigned to the track construction machine, for measuring and determining the position of sleepers in the track.
  • Such sleeper detection sensors are used in particular to measure and determine the position of metallic fasteners that connect the rail to a sleeper, which also allows the position of the sleeper to be clearly determined.
  • Tamping machines are machines that correct the track geometry. For this purpose, measuring systems are used that measure the actual track height and track direction, as well as the actual cant, during work and compare them with specified target values. With the help of a track lifting and straightening unit, the track panel is raised and laterally aligned until the difference between the specified target position and the actual position is zero. The track panel is fixed in this position by compacting the ballast under the sleepers with the help of a tamping unit. The lifting and straightening of the track panel is carried out using corresponding hydraulic lifting and straightening cylinders with proportional or servo control. The tamping tools of such track construction machines must immerse themselves precisely in the intermediate compartment between the sleepers to prevent destruction and damage to the sleepers. The precise positioning of the tamping machine with its Therefore, careful attention must be paid to tools. Automatic positioning and advance of track maintenance machines is possible if the sleepers are visible and not covered by a layer of ballast.
  • tamping machines are also used to tampe new track, after ballast cleaning work, or after track reconstruction.
  • This work involves multiple tamping passes. These tamping passes are typical for the track to be ballasted up to the top of the rail, and the tamping machine performs large lifts.
  • the position of the sleepers is only roughly visible to the operator during the lift due to the pronounced unevenness of the ballast.
  • the problem is that the tamping machine operator can only determine the machine's forward travel and the positioning of the tamping tools over the intermediate bay based on feel and experience. Automatic forward travel is practically impossible. If the tamping tools are not positioned correctly, the sleeper will be hit and damaged. Another disadvantage is that the machine's performance is severely impaired.
  • fastenings are located in the immediate vicinity of the rail, have a low ferromagnetic mass, and are sometimes so far below the top edge of the rail that they cannot be reliably detected with conventional inductive or capacitive sensors. In principle, they can detect the fastenings if they are lowered sufficiently close to the fastenings for the measurement. However, if the ballast is laid up to the top edge of the rail, such solutions are practically no longer possible.
  • Such a device is known from WO2019/068400A1 known.
  • the invention is therefore based on the object of finding a detection device and an arrangement which avoids the disadvantages mentioned above and which clearly detects the rail fastening means even when fully ballasted at a large distance (above the ballast) to the rail fastening means.
  • the invention achieves this objective by providing a sleeper detection sensor with a magnet generating a magnetic field in a magnetic circuit with at least one air gap between the sleeper detection sensor and the track, and a Hall sensor arranged in the magnetic circuit, whose Hall voltage, varying in the longitudinal direction of the track, serves to determine the position of the sleepers in the track.
  • An electromagnet and/or permanent magnet generates a magnetic field in the magnetic circuit.
  • This field is measured by a Hall sensor through which current flows.
  • the Hall sensor's Hall voltage increases with the presence of a rail fastening due to the reduction in magnetic resistance. This increase is used to determine the position of the rail fastenings and thus of the sleepers in the longitudinal direction of the track and to control the automatic advance of a track construction machine.
  • the air gap and thus the magnetic resistance change depending on whether or not a rail fastening or, where appropriate, other metallic obstacles such as point machines are present, as is particularly the case between two sleepers.
  • the curve of the Hall voltage over the length of the track i.e. the respective position of the sleeper detection sensor in the track, is used to determine the position of the rail fastening and thus of the sleepers in the longitudinal direction of the track.
  • the magnetic circuit closes between two sleepers across the rail. If a rail fastening enters this magnetic range, the magnetic resistance decreases and the magnetic field increases. Since the measurement of the rail fastening and thus the change in the magnetic field and the position of the sleepers takes place several sleepers before the tamping units are positioned, the signal can be evaluated in advance and the center position determined.
  • a Hall effect sensor operated with a known current I measures the magnetic field component B y occurring orthogonally to its surface. This creates an electric field E x . Proportional to this, the Voltage U can be measured.
  • the sleeper detection sensor is mounted on a carrier carriage and is guided at a constant height above the rail and rail fastenings. The distance traveled and the Hall voltage are continuously measured. The signal is evaluated. For this purpose, a limit value is progressively determined based on the difference between the base level and the peak value of the signal. The mean value of the signal at this limit value determines the mean position of the rail fastening and thus the position of the sleepers.
  • the measured distances a i from sleeper to sleeper are used to control the advance and position the tamping tools.
  • An advantage of this inventive design is the ability to measure through a layer of ballast, allowing precise positioning of the tamping tools. This allows the tamping machine to operate at high speed in automatic advance mode.
  • the arrangement can also detect obstacles made of ferroelectric material, such as drive rods for switches in the intermediate compartment, using several sleeper detection sensors arranged side by side on the wagon.
  • Fig. 1 shows a cross-section of a rail 1 screwed onto a sleeper 5 at a 1:40 incline.
  • the sleeper screw 2, the tension clamp 3, the angled guide plate 4, and the intermediate layer 6 are shown in elevation.
  • the tension clamp 3, the sleeper 5, and the sleeper screw 2 are made of steel and thus influence a change in the magnetic flux when a sleeper detection sensor is moved along the rail 1. This allows their position in the longitudinal direction of the track, or their longitudinal position in the track, to be clearly detected.
  • Fig. 2 shows another type of rail fastening, the so-called K-fastening (clamping plates).
  • Rail 1 is bolted to sleeper 5 at an incline of 1:40.
  • the hook bolt 7 with fastening nut, clamping plate 8, sleeper bolt 9, ribbed plate 10, and elastic intermediate layer 6 are shown.
  • Hook bolt 7, ribbed plate 10, and clamping plate 8 are made of steel and reduce the magnetic resistance when a sleeper detection sensor passes over the K-fastening.
  • Fig. 3 shows a schematic of the measurement setup of a sleeper detection sensor 11 in question, which is arranged on a track construction machine (not shown in detail), possibly on a track measuring carriage assigned to the track construction machine, for measuring and determining the position of sleepers 5, 19 in the track.
  • the sleeper detection sensor 11 comprises an electromagnet 12 generating a magnetic field in a magnetic circuit with at least one air gap between the sleeper detection sensor 11 and the track, and a Hall sensor 13 arranged in the magnetic circuit.
  • the Hall sensor 13 is arranged in this air gap between the sleeper detection sensor 11 and the track.
  • the Hall voltage U which changes when the sleeper detection sensor 11 is moved in the longitudinal track direction A, s, i.e. along the track, serves to determine the position of the sleepers 5, 19 in the track.
  • the threshold detection sensor 11 is equipped with an electromagnet 12. Via an electrical coil of the electromagnet 12 and a magnetic core 11, in particular a soft iron core of the threshold detection sensor 11, a A magnetic field 14, 15 is generated, which is introduced into the rail head.
  • the soft iron core of the sleeper detection sensor 11 is essentially U-shaped.
  • the magnetic core 11 is guided at a short distance above the rail head in the same longitudinal direction or slides with one leg of the soft iron core directly on the rail head. Introducing the magnetic field into the rail head via a running wheel is also possible. If no rail fastening is present, the magnetic circuit is closed at the other end of the magnetic core 11, i.e. via the other leg of the soft iron core directly to the rail head of the rail 1.
  • the end of the other leg of the magnetic core is guided approximately over any rail fastenings and, in the exemplary embodiment, carries the Hall sensor 13 on its contact surface with the air gap.
  • the Hall sensor 13 is thus arranged in the magnetic circuit.
  • the magnetic field changes due to additional coupling of the magnetic field 14 via the rail fastening, in particular the sleeper screw 2 or the hook screw 7, to the end of the magnetic core equipped with the Hall sensor 13.
  • the magnetic resistance decreases, the magnetic field increases, and the measured Hall voltage U rises.
  • the magnetic core 11 can be formed from laminations, in particular from several layers of mutually insulated transformer sheet.
  • Fig. 4 shows a schematic of the Hall effect sensor 16, which is flooded by the magnetic field B y .
  • a current I flows through the Hall effect sensor, which, transversely to the current, can be tapped at the Hall effect sensor via contacts, generating an electrical voltage U proportional to the magnetic field B y .
  • U R H ⁇ I ⁇ B Y d
  • the resulting voltage U is directly proportional to the current I, a material-specific Hall constant R H , and the magnetic field B Y .
  • the voltage U decreases.
  • Fig. 5 shows the mode of operation schematically.
  • the sleeper detection sensor 11 is guided in direction A along the rail 18 at a constant height.
  • the rail 18 is connected via fastening means 17 to sleepers 19 at a sleeper spacing a i . Above this, the curve of the measured Hall voltage U over the track length s is shown. If no fastening means 17 are present, a voltage level 22 is measured. In the area of the metallic rail fastening means 17, the Hall voltage U increases 21.
  • the position of the fastening means 17 and with them the sleepers 19 can now be determined. From the difference between the voltage peaks 21 and the base level 22, a limit value 20 lying between the two values is continuously determined. The mean value of the intersection points of the voltage peak 21 with this limit value 20 gives the position of the fastening means 17 and thus the position of the sleeper 19.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Detektieren von Schwellen eines Gleises umfassend einen Schwellendetektionssensor, der auf einer Gleisbaumaschine, gegebenenfalls auf einem der Gleisbaumaschine zugeordneten Gleismesswagen, zur Messung und Bestimmung der Position von Schwellen im Gleis anordenbar ist.
    • Stand der Technik
  • Derartige Schwellendetektionssensoren dienen insbesondere zur Messung und Bestimmung der Position von metallischen Befestigungsmitteln, welche die Schiene mit einer Schwelle verbinden, womit auch die Position der Schwelle eindeutig ermittelt werden kann.
  • Stopfmaschinen sind Maschinen die die Gleislage berichtigen. Dazu werden Messsysteme benutzt die die Gleishöhen-Istlage und die Gleisrichtungs-Istlage sowie die Überhöhungs-Istlage des Gleises während der Arbeit messen und mit vorgegebenen Sollwerten vergleichen. Mit Hilfe eines Gleishebe-Richtaggregates wird der Gleisrost solange angehoben und seitlich ausgerichtet bis die Differenz zwischen vorgegebener Solllage und Istlage Null ist und in dieser Lage durch Verdichten des Schotters unter den Schwellen mit Hilfe eines Stopfaggregates fixiert. Das Heben und Richten des Gleisrostes erfolgt dabei über entsprechende hydraulische Hebe- und Richtzylinder mit Proportional- oder Servosteuerung. Die Stopfwerkzeuge derartiger Gleisbaumaschinen müssen exakt im Zwischenfach zwischen den Schwellen tauchen, um Zerstörung und Beschädigung der Schwellen zu verhindern. Der genauen Positionierung der Stopfmaschine mit ihren Werkzeugen ist daher große Beachtung zu schenken. Eine automatische Positionierung und Vorfahrt von Gleisbaumaschinen ist für den Fall möglich, dass die Schwellen sichtbar und nicht durch eine Schotterschicht abgedeckt sind.
  • Neben Instandhaltungsarbeiten werden Stopfmaschinen auch zum Stopfen von Gleisneulagen, nach Schotterreinigungsarbeiten oder Gleisumbau eingesetzt. Diese Arbeiten sind durch mehrfache Stopfgänge gekennzeichnet. Charakteristisch für diese Stopfgänge ist, dass das Gleis bis zur Schienenoberkante eingeschottert ist und die Stopfmaschine große Hebungen ausführt. Die Lage der Schwellen ist dem Bediener nur ungefähr während des Hebens durch die sich ausprägenden Schotterunebenheiten ersichtlich. Problematisch dabei ist, dass der Stopfmaschinist die Maschinenvorfahrt und die Positionierung der Stopfwerkzeuge über dem Zwischenfach nur nach Gefühl und Erfahrung vornehmen kann. Eine automatische Vorfahrt ist dabei praktisch ausgeschlossen. Wenn die Positionierung der Stopfwerkzeuge nicht stimmt, dann wird die Schwelle getroffen und beschädigt. Daneben ist der Nachteil gegeben, dass die Maschinenleistung stark negativ beeinträchtigt wird.
  • Mit verschiedenen optischen Systemen beispielsweise mit Laserscannern oder Videokameras kann die Lage der Schienen, der Schwellen und der Schienenbefestigungen erkannt werden. Damit gelingt auch eine automatische genaue Positionierung der Stopfwerkzeuge und Vorfahrt der Stopfmaschine. Die bekannten optischen Methoden versagen aber bei bis zur Schienenoberkante eingeschotterten Gleisen.
  • Problematisch bei bis zur Schienenoberkante eingeschotterten Gleisen ist auch, dass der Maschinist Hindernisse im Zwischenfach wie sie oft in Weichen auftreten wie Weichenantriebe, Weichengestänge und Weichenschlösser nicht erkennt und diese bei einem Tauchvorgang mit den Stopfaggregaten beschädigt. Auch hier bringen optische Messverfahren keine Abhilfe.
  • Übliche induktive und kapazitive Analog-Sensoren weisen einen Detektionsabstand von etwa maximal 30mm auf. Zwischen der Oberkante der Schiene und der Höhenlage der zu detektierenden Schienenbefestigungsmittel besteht aber ein wesentlich größerer Abstand, womit derartige Sensoren bislang nicht sinnvoll verwendet werden können. Eine Führung eines beispielsweise induktiven Sensors hat daher die Problematik, dass dieser tief gesetzt und damit durch den Schotter bewegt werden müsste. Außerdem besteht die Schwierigkeit, dass die Befestigungsmittel je nach Art unterschiedliche Höhe aufweisen, was angesichts der geringen Messabstände ebenfalls problematisch ist. In der Praxis gibt es viele verschiedene Schienenbefestigungsmittel. Kennzeichnend für sie ist die Verschraubung und dass die Befestigungsmittel zumindest überwiegend aus Stahl (ferromagnetisch) gefertigt sind. Diese Befestigungsmittel befinden sich in unmittelbarer Nähe der Schiene, weisen geringe ferromagnetische Masse auf und sind teilweise soweit unter der Schienenoberkante, dass sie mit bekannten induktiven oder kapazitiven Sensoren nicht sicher detektiert werden können. Prinzipiell können sie, wenn sie zur Messung hinreichend nahe den Befestigungsmitteln abgesenkt sind, die Befestigungsmittel detektieren. Wenn aber bis zur Schienenoberkante eingeschottert ist, dann sind derartige Lösungen praktisch nicht mehr möglich.
  • Eine derartige Vorrichtung ist aus der WO2019/068400A1 bekannt.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Detektionsgerät und eine Anordnung zu finden welche(s) die oben erwähnten Nachteile vermeidet und auch bei Volleinschotterung mit einem großen Abstand (oberhalb des Schotters) zu den Schienenbefestigungsmitteln geführt, diese eindeutig detektiert.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Schwellendetektionssensor einen ein Magnetfeld in einem magnetischen Kreis mit wenigstens einem Luftspalt zwischen Schwellendetektionssensor und Gleis erzeugenden Magneten, und einen im magnetischen Kreis angeordneten Hallsensor umfasst, dessen sich in Gleislängsrichtung ändernde Hallspannung zur Bestimmung der Lage Schwellen im Gleis dient. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
  • Über einen Elektromagneten und oder Permanentmagneten wird ein Magnetfeld im magnetischen Kreis erzeugt, das mittels eines mit Strom durchflossenen Hallsensor gemessen wird und dessen Hallspannung sich mit dem Vorhandensein einer Schienenbefestigung durch die Verringerung des magnetischen Widerstandes erhöht und diese Erhöhung zur Bestimmung der Lage der Schienenbefestigungen und damit der Schwellen in Gleislängsrichtung und zur Steuerung der automatischen Vorfahrt einer Gleisbaumaschine genutzt werden. Im Wesentlichen ändern sich der Luftspalt und damit der magnetische Widerstand je nachdem ob eine Schienenbefestigung, bzw. gegebenenfalls auch andere metallische Hindernisse, wie beispielsweise Weichenantriebe, vorhanden sind oder nicht, wie dies insbesondere zwischen zwei Schwellen der Fall ist. Der Verlauf der Hallspannung über der Gleislänge, also der jeweiligen Position des Schwellendetektionssensors im Gleis dient der Bestimmung der Lage der Schienenbefestigung und damit der Schwellen in Gleislängsrichtung.
  • Der magnetische Kreis schließt sich zwischen zwei Schwellen über die Schiene. Kommt eine Schienenbefestigung in diesen magnetischen Wirkbereich, dann wird der magnetische Widerstand geringer und das Magnetfeld damit größer. Da die Messung der Schienenbefestigung und damit die Veränderung des Magnetfeldes und die Lage der Schwellen einige Schwellen vor der Positionierung der Stopfaggregate erfolgt, kann das Signal vorher ausgewertet und die Mittenposition bestimmt werden.
  • Für ein magnetisches Feld gilt die vektorielle Lorentzkraft: F L → = Q ⋅ v → x B →
    Figure imgb0001
    • FL ... Lorenzkraft
    • Q ... Ladung
    • v ... Geschwindigkeit der Ladungsträger
    • B ... Magnetfeld
  • Ein Halleffektsensor der mit einem bekannten Strom I betrieben wird misst die orthogonal zu seiner Fläche auftretende Magnetfeldkomponente By. Es entsteht ein elektrisches Feld Ex. Proportional zu diesem kann an den Seitenflächen die Spannung U gemessen werden. Der Schwellendetektionssensor ist auf einem Trägerwagen montiert und wird in gleichbleibender Höhe über der Schiene und den Schienenbefestigungen geführt. Der zurückgelegte Weg und die Hallspannung werden kontinuierlich gemessen. Das Signal wird ausgewertet. Dazu wird ausgehend von der Differenz zwischen Grundpegel und Spitzenwert des Signals fortschreitend ein Grenzwert ermittelt. Der Mittelwert des Signals bei diesem Grenzwert ergibt die mittlere Position der Schienenbefestigung und damit die Lage der Schwellen. Die gemessenen Abstände ai von Schwelle zu Schwelle dienen zur Vorfahrsteuerung und Positionierung der Stopfwerkzeuge.
  • Vorteilhaft bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung ist die Messung durch eine Schotterschicht hindurch und die damit mögliche genaue Positionierung der Stopfwerkzeuge. Damit kann die Stopfmaschine mit hoher Geschwindigkeit im Automatikvorfahrmodus betrieben werden. Die Anordnung kann auch aus mehreren nebeneinander auf dem Wagen angeordneten Schwellendetektionssensoren Hindernisse aus ferroelektrischem Material beispielsweise Antriebsstangen für Weichen im Zwischenfach detektieren.
    • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise schematisch dargestellt. Es zeigen
    • Fig. 1 eine im teilgeschnittenen Querschnitt schematisch dargestellte Schwelle mit Schiene und W-Befestigung,
    • Fig. 2 eine im teilgeschnittenen Querschnitt schematisch dargestellte Schwelle mit Schiene und K-Befestigung,
    • Fig. 3 schematisch den Aufbau des Schwellendetektionssensors mit Magnetfeld,
    • Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau eines Halleffektsensors,
    • Fig. 5 schematisch den Ablauf einer Messung und das entstehende Spannungssignal am Hallsensor.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine Schiene 1 im Querschnitt, die mit 1:40 Neigung auf eine Schwelle 5 aufgeschraubt ist. Die Schwellenschraube 2, die Spannklemme 3, die Winkelführungsplatte 4 und die Zwischenlage 6 sind in Ansicht dargestellt. Die Spannklemme 3, die Schwelle 5 und die Schwellenschraube 2 sind aus Stahl und beeinflussen somit eine Magnetflussänderung, wenn ein Schwellendetektionssensor die Schiene 1 entlang verfahren wird. Damit ihre Lage in Gleislängsrichtung bzw. ihre Längsposition im Gleis eindeutig detektiert werden.
  • Fig. 2 zeigt eine andere Art der Schienenbefestigung, die so genannte K-Befestigung (Klemmplatten). Auf die Schwelle 5 ist die Schiene 1 mit einer Neigung von 1:40 angeschraubt. Die Hakenschraube 7 mit Befestigungsmutter, die Klemmplatte 8, die Schwellenschraube 9, die Rippenplatte 10 und die elastische Zwischenlage 6 sind dargestellt. Hakenschraube 7, Rippenplatte 10 und Klemmplatte 8 sind aus Stahl und verringern den magnetischen Widerstand bei einem Überfahren der K-Befestigung mit einem Schwellendetektionssensor.
  • Fig. 3 zeigt schematisch den Messaufbau eines in Rede stehenden Schwellendetektionssensors 11 der auf einer nicht näher dargestellten Gleisbaumaschine, gegebenenfalls auf einem der Gleisbaumaschine zugeordneten Gleismesswagen, zur Messung und Bestimmung der Position von Schwellen 5, 19 im Gleis angeordnet ist. Der Schwellendetektionssensor 11 umfasst einen, ein Magnetfeld in einem magnetischen Kreis mit wenigstens einem Luftspalt zwischen Schwellendetektionssensor 11 und Gleis erzeugenden, Elektromagneten 12 und einen im magnetischen Kreis angeordneten Hallsensor 13. Der Hallsensor 13 ist dabei in diesem Luftspalt zwischen Schwellendetektionssensor 11 und Gleis angeordnet. Die sich bei einem Verfahren des Schwellendetektionssensors 11 in Gleislängsrichtung A, s, also entlang des Gleises ändernde Hallspannung U dient zur Bestimmung der Lage der Schwellen 5, 19 im Gleis.
  • Der Schwellendetektionssensor 11 ist mit einem Elektromagneten 12 ausgestattet. Über eine elektrische Spule des Elektromagneten 12 und einen Magnetkern 11, insbesondere einem Weicheisenkern des Schwellendetektionssensors 11, wird ein Magnetfeld 14, 15 erzeugt, das in den Schienenkopf eingeleitet wird. Der weicheisenkern des Schwellendetektionssensors 11 ist im wesentliche U-förmig ausgebildet. Der Magnetkern 11 wird in geringem Abstand über dem Schienenkopf in Gleichlängsrichtung geführt oder gleitet mit einem Schenkel des Weicheisenkerns direkt auf dem Schienenkopf. Auch ein Einleiten des Magnetfeldes in den Schienenkopf über ein Laufrad ist möglich. Falls keine Schienenbefestigung vorhanden ist, wird der magnetische Kreis andernendes des Magnetkerns 11, also über den anderen Schenkel des Weicheisenkerns direkt zum Schienenkopf der Schiene 1 hin geschlossen. Das Ende des anderen Schenkels des Magnetkerns wird in etwa über etwaigen Schienenbefestigungen geführt und trägt im Ausführungsbeispiel an seiner Kontaktfläche zum Luftspalt den Hallsensor 13. Damit ist der Hallsensor 13 im magnetischen Kreis angeordnet.
  • Im Bereich einer Schwellenbefestigung ändert sich das Magnetfeld durch zusätzliche Kopplung des Magnetfeldes 14 über die Schienenbefestigung, insbesondere die Schwellenschraube 2 bzw. die Hakenschraube 7 zum mit dem Hallsensor 13 ausgestatteten Ende des Magnetkerns hin. Der magnetische Widerstand sinkt, das Magnetfeld erhöht sich und die gemessene Hallspannung U steigt. Der Magnetkern 11 kann aus Gründen besserer Magnetisierbarkeit aus Lamellen, insbesondere aus mehreren Lagen gegenseitig isoliertem Trafoblech, gebildet werden.
  • Fig. 4 zeigt schematisch den Halleffektsensor 16 der vom Magnetfeld By durchflutet wird. Durch den Halleffektsensor fließt ein Strom I, der quer dazu am Halleffektsensor über Kontakte abgreifbar, eine zum Magnetfeld By proportionale elektrische Spannung U erzeugt. Für die auftretende Hallspannung gilt: U = R H ⋅ I ⋅ B Y d
    Figure imgb0002
  • Wie die Beziehung zeigt ist die entstehende Spannung U dem Strom I, einer materialspezifischen Hallkonstanten RH und dem Magnetfeld BY direkt proportional. Mit steigender Dicke d der Hallschicht nimmt die Spannung U ab. Fig. 5 stellt die Wirkungsweise schematisch dar. Der Schwellendetektionssensor 11 wird in Richtung A längs der Schiene 18 in konstanter Höhe geführt. Die Schiene 18 ist über Befestigungsmittel 17 mit Schwellen 19 im Schwellenabstand ai verbunden. Darüber ist der Verlauf der gemessenen Hallspannung U über der Gleislänge s wiedergegeben. Sind keine Befestigungsmittel 17 vorhanden dann wird ein Spannungspegel 22 gemessen. Im Bereich der metallischen Schienenbefestigungsmittel 17 steigt die Hallspannung U an 21. Die Lage der Befestigungsmittel 17 und mit ihnen die Schwellen 19 können nun bestimmt werden. Aus der Differenz der Spannungsspitzen 21 und dem Grundpegel 22 wird kontinuierlich ein Grenzwert 20 zwischen beiden Werten liegend ermittelt. Der Mittelwert der Schnittpunkte der Spannungsspitze 21 mit diesem Grenzwert 20 ergibt die Position des Befestigungsmittels 17 und damit die Lage der Schwelle 19.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Detektieren von Schwellen eines Gleises umfassend einen Schwellendetektionssensor (11), der auf einer Gleisbaumaschine, gegebenenfalls auf einem der Gleisbaumaschine zugeordneten Gleismesswagen, zur Messung und Bestimmung der Position von Schwellen (5, 19) im Gleis anordenbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellendetektionssensor (11) einen ein Magnetfeld (14, 15) in einem magnetischen Kreis mit wenigstens einem Luftspalt zwischen Schwellendetektionssensor (11) und Gleis erzeugenden Magneten, und einen im magnetischen Kreis angeordneten Hallsensor (13) umfasst, dessen sich in Gleislängsrichtung (A, s) ändernde Hallspannung (U) zur Bestimmung der Lage der Schwellen (5, 19) im Gleis dient.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein Elektromagnet (12) und/oder ein Permanentmagnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromspule des Elektromagneten (12) an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist und im magnetischen Kreis ein magnetisches Gleichfeld (By) erzeugt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromspule des Elektromagneten (12) an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist und im magnetischen Kreis ein magnetisches Wechselfeld (By) erzeugt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion metallischer Bauteile zwischen den Schwellen (5, 19) mehrere Schwellendetektionssensoren (11) in Gleisquerrichtung nebeneinander angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schwellendetektionssensor (11) zur Suche metallischer Bauteile im Gleis mit einer der Gleisbaumaschine und/oder dem Gleismesswagen zugeordneten Verschiebeeinrichtung in Querrichtung des Gleises verlagerbar ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Schwellendetektionssensor (11) bezüglich des Gleises höhenverstellbar an der Gleisbaumaschine und/oder dem Gleismesswagen angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (13) im Luftspalt angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung aus der Differenz von Spannungsspitzen (21) der Hallspannung (U) über der Gleislänge und einem Grundpegel (22) der Hallspannung (U) kontinuierlich einen zwischen Spannungsspitzen (21) und Grundpegel (22) liegenden Grenzwert (20) ermittelt, und aus einem Mittelwert der Schnittpunkte jeder Spannungsspitze (21) mit dem Grenzwert (20) die Lage der Schwelle (5, 19) im Gleis bestimmt.
EP22801965.9A 2021-11-10 2022-11-08 Vorrichtung zum detektieren von schwellen eines gleises Active EP4430243B8 (de)

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ATA50893/2021A AT525614B1 (de) 2021-11-10 2021-11-10 Vorrichtung zum Detektieren von Schwellen eines Gleises
PCT/AT2022/060386 WO2023081946A1 (de) 2021-11-10 2022-11-08 Vorrichtung zum detektieren von schwellen eines gleises

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