Beschreibung
Radsensor
Der Einsatz von nach dem Prinzip des induktiven Näherungsschalters arbeitenden Radsensoren ist im Bereich der Eisenbahnüberwachungsanlagen, insbesondere der Gleisfreimeldeanlagen, weit verbreitet. Entsprechende Radsensoren weisen zumindest eine Sensorspule auf, die in einem elektrischen Schwing- kreis angeordnet und mit einem Wechselstrom gespeist ist. Die Eisenmasse eines vorbeirollenden Rades beziehungsweise einer vorbeirollenden Achse führt zu einer Bedämpfung des Magnetfelds der Sensorspule, so dass eine Befahrung durch ein Rad anhand einer hierdurch verursachten Änderung der Eigenschaf- ten, wie beispielsweise der Schwingamplitude oder der Güte, des elektrischen Schwingkreises nachweisbar ist.
Üblicherweise sind induktiv arbeitende Radsensoren vergleichsweise empfindlich gegenüber induktiv eingekoppelten Störspannungen auf der Arbeitsfrequenz, wie sie beispielsweise durch Schienenströme verursacht werden können. So kann zum Beispiel der Rückleiterstrom einer Lokomotive durch die Schiene beziehungsweise der Oberwellenanteil dieses Rückleiterstroms ein Störsignal in Form einer Schwebung verursachen. Eine solche Schwebung lässt sich bei induktiven Radsensoren üblicherweise nur schwer von einem Signal unterscheiden, das durch eine Befahrung durch ein Rad verursacht ist. Darüber hinaus können nach einem induktiven Wirkprinzip arbeitende Radsensoren in der Praxis beispielsweise auch durch in ihrer Nähe angeordnete Sensoren mit gleicher Arbeitsfrequenz gestört werden; weiterhin können Störungen auch durch impulsartig auftretende hohe Kommutierungsstromflanken des Schienenstroms oder durch Leitungen und Transformatoren von vorbeifahrenden Zügen verursacht beziehungsweise induziert werden.
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Radsensor, insbesondere für Gleisfreimeldeanlagen, mit mindestens einer Sensoreinrichtung mit einer wechselstromgespeisten Sensorspule eines auf eine induktive Wechselwirkung der Sensorspule mit vorbeirollenden Rädern von Schienenfahrzeugen empfindlichen elektrischen Schwingkreises sowie einer weiteren Spule, die mit der Sensorspule zur Unterdrückung von äußeren Störfeldern in einer Gegenschaltung verbunden ist.
Ein solcher Radsensor ist aus der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 101 37 519 Al bekannt. Zur Kompensation störender Magnetfelder weist der bekannte Radsensor zwei Spulen mit im Wesentlichen gleicher Geometrie und gleichen Windungszahlen auf, wobei die Spulen bezogen auf einen an der Schiene angebrachten Radsensor in Schienenlängsrichtung überlappen und in einer Gegenschaltung verbunden sind. Dies bedeutet, dass die beiden Spulen bei gemeinsamer Bestromung gegensinnige Magnetfelder erzeugen und somit auch gegensinnige Spannungen induzieren. Aufgrund ihrer Anordnung sind beide Spulen an der Raddetektion beteiligt und werden im Falle eines etwa durch einen Schienenstrom verursachten Störfeldes im Wesentlichen von gleich starken magnetischen Wechselfeldern durchsetzt, die somit aufgrund der Gegenschaltung der Spulen kompensiert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternativen beziehungsweise weiteren Radsensor der zuvor genannten Art mit besonders guter Störunterdrückung anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Radsensor, insbesondere für Gleisfreimeldeanlagen, mit mindestens einer Sensoreinrichtung mit einer wechselstromgespeisten Sensorspule eines auf eine induktive Wechselwirkung der Sensorspule mit vorbeirollenden Rädern von Schienenfahrzeugen emp-
findlichen elektrischen Schwingkreises sowie einer weiteren Spule, die mit der Sensorspule zur Unterdrückung von äußeren Störfeldern in einer Gegenschaltung verbunden ist, wobei die weitere Spule unterhalb der Sensorspule angeordnet ist und der Abstand zwischen der weiteren Spule und der Sensorspule zumindest ein Drittel des Innendurchmessers der Sensorspule beträgt .
Erfindungsgemäß ist die weitere Spule des Radsensors somit unterhalb der Sensorspule angeordnet, wobei der Abstand zwischen der weiteren Spule und der Sensorspule zumindest ein Drittel des Innendurchmessers der Sensorspule beträgt. Dabei bezieht sich die Angabe „unterhalb" bezüglich der Anordnung der weiteren Spule zur Sensorspule auf die Ausrichtung eines im Schienenbereich ordnungsgemäß angebrachten Radsensors. Hierbei ist die Sensorspule üblicherweise unterhalb einer oberen Gehäusewand des Radsensors angeordnet, so dass das Magnetfeld der Sensorspule durch ein vorbeirollendes beziehungsweise vorbeifahrendes Rad eines Schienenfahrzeugs be- dämpft wird. Dies bedeutet, dass die Längsachse der Sensorspule üblicherweise im Wesentlichen senkrecht zur Schienenlängsrichtung steht. Im grundlegenden Unterschied zu dem aus der DE 101 37 519 Al bekannten Radsensor ist bei dem erfindungsgemäßen Radsensor nun jedoch die weitere Spule nicht seitlich versetzt, überlappend mit der Sensorspule angeordnet, sondern unterhalb der Sensorspule. Von großer Bedeutung für die Funktionsfähigkeit einer solchen Anordnung ist hierbei, dass der Abstand zwischen der weiteren Spule und der Sensorspule zumindest ein Drittel des Innendurchmessers der Sensorspule beträgt, da anderenfalls eine ausreichende Sensi- tivität der Sensorspule auf vorbeirollende Räder nicht gewährleistet ist. Dies ergibt sich daraus, dass bei einem kürzeren Abstand der übereinander liegenden Spulen aufgrund der erfolgenden wechselseitigen Induktion eine nahezu vollständi-
ge Kompensation auch im Falle einer Bedämpfung durch ein vorbeifahrendes Rad erfolgen würde, so dass die Detektion des Rades nicht mehr möglich wäre.
Dadurch, dass die weitere Spule unterhalb der Sensorspule angeordnet ist und zugleich der Abstand zwischen der weiteren Spule und der Sensorspule zumindest ein Drittel des Innendurchmessers der Sensorspule beträgt, wird nun jedoch vorteilhafterweise sicher gestellt, dass die weitere Spule hin- sichtlich ihrer Funktion eine Kompensationsspule ist, d.h. im Wesentlichen nur der Kompensation von Störfeldern, insbesondere von Schienenströmen, dient. Ursache hierfür ist, dass die weitere Spule einen größeren Abstand zu einem zu detek- tierenden Rad beziehungsweise Spurkranz eines Rades aufweist und somit ihr Magnetfeld durch die vorbeirollende Eisenmasse nicht oder nur vergleichsweise geringfügig beeinflusst wird. Hingegen durchströmt das die Schiene umlaufende magnetische Feld eines Schienenstromes beide Spulen, d.h. die Sensorspule und die weitere Spule, gegensinnig und wird somit zumindest weitgehend kompensiert. Darüber hinaus werden vorteilhafterweise auch Störungen aus anderen Quellen durch die Anordnung der Spulen in dem Radsensor kompensiert. Dies betrifft beispielsweise durch in der Nähe des Sensors verlaufende Stromkabel verursachte Störungen oder mögliche Störeinwirkungen benachbarter Sensoren.
Des Weiteren weist der erfindungsgemäße Radsensor den Vorteil auf, dass die übereinander liegende Anordnung der Spulen dazu führt, dass für jede der Spulen, d.h. sowohl für die Sensor- spule als auch für die weitere Spule, die Gehäuselänge des Radsensors in Schienenlängsrichtung vollständig ausgenutzt werden kann. Hierdurch wird eine besonders große Einwirklänge des vorbeirollenden Rades ermöglicht, wodurch eine besonders hohe Empfindlichkeit des Radsensors erreicht wird. Dies gilt
insbesondere auch im Falle eines durch unterschiedlich stark abgefahrene Radkränze bewirkten seitlichen Versatzes der zu detektierenden Eisenmasse.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Radsensor derart ausgestaltet, dass die weitere Spule derart angeordnet ist, dass ihre Längsachse parallel zu derjenigen der Sensorspule verläuft. Dadurch, dass die Windungsebenen der Sensorspule und der weiteren Spule in diesem Fall parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander sind, wird eine besonders gute Kompensation von Störfeldern erzielt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Radsensor derart ausgeprägt, dass die weitere Spule derart angeordnet ist, dass ihre Längsachse derjenigen der Sensorspule entspricht. Dies bedeutet, dass die Längsachsen der weiteren Spule und der Sensorspule zusammen fallen, d.h. dass die beiden Spulen mittig übereinander angeordnet sind. Dies ist bevorzugt, da hierdurch insbesonde- re für Schienenströme, die ein zur Schiene symmetrisches Feld erzeugen, eine bestmögliche Kompensation des resultierenden magnetischen Störfeldes beziehungsweise der durch das magnetische Störfeld induzierten resultierenden Störspannung ermöglicht wird.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Sensorspule einen Kern aufweist. Insbesondere um Störungen aufgrund von magnetischen Sättigungseffekten zu vermeiden, ist es jedoch vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäße Radsensor derart ausgestaltet ist, dass die Sensorspule eine Luftspule ist.
Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist auch hinsichtlich der weiteren Spule eine Ausführungsform des erfindungs-
gemäßen Radsensors bevorzugt, bei der die weitere Spule eine Luftspule ist.
Grundsätzlich kann es sich bei der Sensorspule und der weite- ren Spule um Spulen gleicher Art handeln. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radsensors unterscheidet sich die weitere Spule bezüglich ihrer Art, insbesondere ihrer Geometrie und/oder ihrer Windungszahl, von der Sensorspule. Dies ist vorteilhaft, da das durch einen Schienenstrom entstehende magnetische Feld aufgrund der
Schienengeometrie üblicherweise eine Höhenabhängigkeit aufweist. In Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten und insbesondere in Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Schienenprofil ist es daher vorteilhaft, wenn sich die weite- re Spule bezüglich ihrer Art beziehungsweise Form, d.h. insbesondere ihrer Geometrie, und/oder ihrer Windungszahl, von der Sensorspule unterscheidet, da hierdurch eine optimale Kompensation von Störgrößen ermöglicht wird.
Vorzugsweise kann der erfindungsgemäße Radsensor auch derart ausgeführt sein, dass zumindest zwei bezogen auf einen im Schienenbereich angebrachten Radsensor in Schienenlängsrichtung voneinander beabstandete Sensoreinrichtungen vorgesehen sind. Dies bietet den Vorteil, dass mittels der zumindest zwei Sensoreinrichtungen, die jeweils eine Sensorspule und eine weitere Spule aufweisen, eine Bestimmung der Fahrtrichtung des vorbeirollenden Rades ermöglicht wird. Bei einem solchen üblicherweise zweikanaligen Radsensor, der somit zwei Sensoreinrichtungen aufweist, erzeugen die beiden Sensorein- richtungen beziehungsweise Sensorkanäle bei einer Befahrung durch ein Rad eines Schienenfahrzeugs nacheinander zeitlich versetzte Signale, die in einer nachfolgenden Auswerteeinheit zur Fahrtrichtungserkennung des Schienenfahrzeugs genutzt werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigen
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines an der
Schiene angebrachten erfindungsgemäßen Radsensors und
Figur 2 eine perspektivische Seitenansicht eines an einer Schiene angebrachten zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Radsensors mit zwei Sensoreinrichtungen.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ers- ten Ausführungsbeispiels eines an der Schiene angebrachten erfindungsgemäßen Radsensors. Dargestellt ist in einem Schnitt senkrecht zur Schienenlängsrichtung ein Radsensor 1, der eine Sensorspule 2 sowie eine weitere Spule 3 aufweist. Die Sensorspule 2 sowie die weitere Spule sind in einem Ge- häuse 4 des Radsensors 1 angeordnet, wobei der Radsensor 1 beziehungsweise das Gehäuse 4 des Radsensors 1 mittels Befestigungsmitteln 5 an einer Schiene 10 befestigt ist.
Die Sensorspule 2 wird durch einen Wechselstrom gespeist und ist Bestandteil eines auf eine induktive Wechselwirkung der Sensorspule 2 mit vorbeirollenden Rädern empfindlichen Schwingkreises. Darüber hinaus ist die Sensorspule 2 zur Unterdrückung von Störfeldern mit der weiteren Spule 3 in einer Gegenschaltung verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in Figur 1 nicht nur auf die Darstellung der zuvor genannten elektrischen Komponenten beziehungsweise Verbindungen, sondern darüber hinaus auch auf eine Wiedergabe weiterer für sich bekannter Komponenten des Radsensors 1 verzichtet. Dies betrifft beispielsweise eine gegebenenfalls in dem Rad-
sensor 1 vorhandene Überwachungs- beziehungsweise Auswerteschaltung sowie Kabelführungen von und zu dem Radsensor 1.
In Figur 1 ist der Radsensor 1 in seiner Position an der Schiene bei Überfahrt eines Rades 20, das einen Spurkranz 21 aufweist, dargestellt. Entsprechend der Darstellung in Figur 1 ist die Sensorspule 2 des Radsensors 1 so an der Schiene 10 positioniert, dass das Feld der Sensorspule 2 durch den Spurkranz 21 des Rades 20 gedämpft beziehungsweise bedämpft wird.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist die weitere Spule 3 in Bezug auf einen an der Schiene angebrachten beziehungsweise montierten Radsensor 1 unterhalb der Sensorspule 2 angeordnet. Dabei beträgt der Abstand A zwischen der Sensorspule 2 und der weiteren Spule 3 zumindest ein Drittel des Innendurchmessers D der Sensorspule 2. Hierdurch wird sicher gestellt, dass der Einfluss der weiteren Spule 3 in Bezug auf eine Rad- detektion ausreichend gering ist, so dass eine anderenfalls aufgrund der Gegenschaltung der Sensorspule 2 und der weite- ren Spule 3 verursachte Verminderung der Empfindlichkeit beziehungsweise der Funktionsfähigkeit des Radsensors 1 bezüglich zu detektierender Räder 20 beziehungsweise Spurkränze 21 von Rädern 20 vermieden wird. Dies bedeutet, dass die weitere Spule 3 im Wesentlichen keinen Beitrag zur Raddetektion lie- fert, sondern zumindest hauptsächlich der Kompensation von Störfeldern, insbesondere der Schienenstromkompensation, dient .
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist erkennbar, dass die weitere Spule 3 derart angeordnet ist, dass ihre Längsachse mit derjenigen der Sensorspule 2 zusammenfällt. Darüber hinaus handelt es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl bei der Sensorspule 2 als auch bei der weiteren Spule 3 um Luftspulen, wodurch Probleme vermieden werden, die auf-
grund von Sättigungseffekten bei Spulen mit Eisenkernen auftreten können.
Abweichend von der Darstellung der Figur 1 ist auch eine Aus- führung denkbar, bei der sich die Sensorspule 2 und die weitere Spule 3 hinsichtlich ihrer Art, d.h. insbesondere ihrer Geometrie und/oder ihrer Windungszahl, voneinander unterscheiden. Dies kann vorteilhafterweise dazu benutzt werden, um in Abhängigkeit von dem jeweiligen Schienenprofil eine op- timale Störfeldkompensation zu erreichen. Hintergrund hierbei ist, dass beispielsweise das durch einen Schienenstrom verursachte magnetische Feld aufgrund der Schienengeometrie in der Regel nicht höhenunabhängig ist, so dass die in der Sensorspule 2 induzierte Spannung bei Verwendung von gleichartigen Spulen üblicherweise von der in der weiteren Spule 3 induzierten Spannung abweichen wird.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines an einer Schiene angebrachten zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Radsensors mit zwei Sensoreinrichtungen.
Dabei sind solche Komponenten, die mit in Figur 1 dargestellten Komponenten identisch beziehungsweise im Wesentlichen funktionsgleich sind, mit demselben Bezugszeichen bezeichnet.
In der seitlichen Ansicht der Figur 2 ist erkennbar, dass der dargestellte Radsensor 1 zwei Sensorspulen 2 und 6 sowie zwei weitere Spulen 3 und 7 aufweist, die in dem Gehäuse 4 des Radsensors 1 untergebracht sind. Dabei sind jeweils die Spulen 2 und 3 sowie die Spulen 6 und 7 Bestandteil einer Sen- soreinrichtung, d.h. der dargestellte Radsensor 1 weist zwei Sensoreinrichtungen auf. Dabei ist jeweils die Sensorspule 2 beziehungsweise 6 der jeweiligen Sensoreinrichtung mit der jeweiligen weiteren Spule 3 beziehungsweise 7 der jeweiligen
Sensoreinrichtung in einer Gegenschaltung verbunden, so dass Störfelder kompensiert werden.
Dadurch, dass der Radsensor 1 zwei Sensoreinrichtungen auf- weist, wird es aufgrund einer zeitlichen Korrelation der durch die Sensoreinrichtungen erfassten Signale möglich, die Fahrtrichtung eines vorbeirollenden Rades beziehungsweise eines vorbeirollenden Schienenfahrzeugs zu bestimmen. Aufgrund dessen ist der dargestellte Radsensor insbesondere für eine Verwendung im Rahmen von Gleisfreimeldeanlagen geeignet.
Entsprechend den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Radsensor 1 dahingehend vorteilhaft, dass von außen induzierte Störeinflüsse weitgehend unterdrückt werden, da diese sowohl die Sensorspule 2 beziehungsweise 6 als auch die weitere Spule 3 beziehungsweise 7 im Wesentlichen gleichermaßen beeinflussen. Hierzu gehören insbesondere Schienenströme, da hier die Symmetrie der Einkopplung besonders hoch ist. Jedoch können auch Störgrößen anderer Quellen vorteilhafterwei- se kompensiert werden. Dabei ermöglicht es die übereinander- liegende Anordnung der Spulen einer Sensoreinrichtung vorteilhafterweise, dass bei einer Ausführung mit nur einer Sensoreinrichtung für jede der Spulen, d.h. beispielsweise sowohl für die Sensorspule 2 als auch für die weitere Spule 3, die Länge des Gehäuses 4 in Schienenlängsrichtung vollständig ausgenutzt werden kann. Hierdurch wird eine besonders hohe Einwirklänge verbunden mit einer hohen Empfindlichkeit sowohl in Schienenlängsrichtung als auch senkrecht zur Schienenlängsrichtung erreicht. Umgekehrt ermöglicht es der erfin- dungsgemäße Radsensor vorteilhafterweise jedoch auch, eine besonders kompakte Bauform, d.h. eine besonders geringe Gehäuselänge in Schienenlängsrichtung, zu realisieren. Dies ist insbesondere in Situationen, in denen das Platzangebot am Gleis beschränkt ist, von Vorteil.