DE19631564B4 - Verfahren zur Anbauüberwachung von Radsensoren für Bahnanlagen und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Anbauüberwachung von Radsensoren für Bahnanlagen mit je einem von den vorüberlaufenden Fahrzeugrädern induktiv bedämpfbaren Oszillator (OSZ) oder einer Sender-/Empfängeranordnung, deren Kopplung durch vorüberlaufende Fahrzeugräder veränderbar ist sowie mit einem Schwellwertschalter (SW), der eine aus dem vom Oszillator (OSZ) aufgenommenem Strom, eine aus der am Oszillatorschwingkreis (SK) anliegenden Spannung oder aus der Empfangsspannung abgeleitete Sensorspannung mit einer Referenzspannung (Uref1) vergleicht und aus dem Über- oder Unterschreiten dieser Referenzspannung (Uref1) durch die Sensorspannung (Us) mit Radsensormeldungen reagiert,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dem Schwellwertschalter (SW) zugeführte Referenzspannung periodisch zwischen zwei Werten (Uref1, Uref2) umschaltbar ist, von denen der eine (Uref1) die Schaltschwelle des Schwellwertschalters (SW) bezeichnet, bei deren Über- und Unterschreiten durch die Sensorspannung (Us) der Sensor ein Befahrungsereignis meldet und von denen der zweite (Uref2) zwischen der dem Schwellwertschalter (SW) bei nicht befahrenem Sensor und bei von der Fahrschiene entferntem Sensor zugeführten Sensorspannung (Us) liegt,
dass die...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Radsensoren, auf die dieses Verfahren angewendet werden soll, sind beispielsweise aus der DE 36 43 970 C2 und aus Signal + Draht 77 (1985)4, Seiten 72 bis 77 sowie 59 (1967)/11, Seiten 165 bis 174 bekannt.
• Der aus der DE 36 43 970 C2 bekannte Radsensor reagiert in vorgegebener Weise auf das Vorüberlaufen eines Eisenbahnrades durch Bedämpfen eines Oszillatorschwingkreises. Als Folge dieser Bedämpfung sinkt die am Oszillatorschwingkreis anstehende Oszillatorspannung merklich ab, so dass eine aus ihr abgeleitete Gleichspannung eine vorgegebene Referenzspannung unterschreitet. Ein als Operationsverstärker ausgebildeter Vergleicher reagiert darauf mit einer die Radpassage kennzeichnenden Sensormeldung an eine Bewertungseinrichtung.
• Bei dem aus Signal + Draht bekannten Radsensor handelt es sich um eine Sender-/Empfängeranordnung, bei der die vorüberlaufenden Fahrzeugräder die Kopplung zwischen den zusammenwirkenden Sende- und Empfangsspulen der Anordnung vorübergehend verändern, vorzugsweise erhöhen. Beim Über- oder Unterschreiten vorgegebener Schwellwerte werden auch hier Sensormeldungen an eine Bewertungseinrichtung gegeben. Es gibt auch Radsensoren, bei denen sich der vom Oszillator aufgenommene Strom beim Befahren deutlich verändert. Bei solchen Radsensoren wird aus dem aufgenommenen Strom eine Sensorspannung abgeleitet und in einem Schwellwertschalter bewertet.
• Im rauhen Eisenbahnbetrieb kann es gelegentlich vorkommen, dass sich durch die Erschütterungen beim Passieren von Fahrzeugrädern die Befestigungsmittel lösen, mit denen ein Radsensor an einer Fahrschiene montiert ist. Auch ist der Fall nicht auszuschließen, dass bei Instandhaltungsarbeiten ein Radsensor von der Fahrschiene abgenommen wird und dass anschließend vergessen wird, diesen Radsensor wieder zu montieren oder zu justieren. Es hat auch schon Fälle gegeben, wo ein Radsensor durch von den vorüberlaufenden Fahrzeugen herabhängende Teile oder durch Entgleisen eines Fahrzeugs von einer Fahrschiene abgerissen wurde, ohne dass der Sensor selbst dabei zu Bruch ging. In allen diesen Fällen sind Radsensoren, obgleich sie elektrisch voll funktionsfähig sind, nicht mehr in der Lage, auf vorüberlaufende Fahrzeugräder zu reagieren. Für eine Bewertungseinrichtung ist der Ausfall eines derartigen Sensors nicht ohne weiteres erkennbar.
• Um diesem Mißstand abzuhelfen, gibt es bereits Radsensoren, die so ausgebildet sind, daß eine Bewertungseinrichtung die ordnungsgerechte Anordnung des Radsensors an einer Fahrschiene erkennen kann. Dies geschieht in der Weise, dass der Radsensor auf das Entfernen von der Fahrschiene wie auf das Stehenbleiben eines Fahrzeugrades über dem Sensor reagiert. Unterschiedliche Maßnahmen zum Auslösen solcher Meldungen sind z. B. der DE 33 13 805 C2 , der DE 38 08 484 A1 , der DE 41 32 392 C2 und der DE 43 25 018 A1 zu entnehmen. Die bekannten Einrichtungen zur Anbauüberwachung von Radsensoren benötigen zusätzlichen Aufwand an Sensorik.
• Aus der DE 34 31 171 A1 ist ein Achszähler bekannt, dessen korrekte Funktionsfähigkeit mittels kurzer Prüfimpulse, die einen Achszählimpuls simulieren, überprüft wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, das eine Anbauüberwachung ohne einen zusätzlichen Aufwand an Sensorik möglich macht. Die Erfindung geht dabei aus von der Erkenntnis, dass ein Radsensor nicht nur durch die vorüberlaufenden Fahrzeuge beeinflusst wird, sondern auch durch die Fahrschiene, an der er montiert ist. Diese Fahrschiene bewirkt durch ihre Eisenmasse eine Grundbedämpfung des Oszillatorschwingkreises bzw. eine Grundkopplung zwischen den Sende- und Empfangsspulen eines Radsensors. Die Erfindung macht sich nun das Verschwinden der Grundbedämpfung bzw. der Grundkopplung beim Entfernen des Radsensors bzw. einer der Radsensorkomponenten von der Fahrschiene zunutze, indem sie laufend das Vorhandensein dieser Grundbeeinflussung bzw. der Grundkopplung überprüft.
• Die Erfindung löst die Aufgabe der Anbauüberwachung durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 2.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Radsensors sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
• 1 einen erfindungsgemäßen Radsensor und in
• 2 in Form von Diagrammen Potentiale an verschiedenen Meßpunkten des Sensors.
• 1 zeigt schematisch einen LC-Oszillator OSZ mit einem Schwingkreis SK, dessen Induktivität sowohl durch die nicht dargestellte Fahrschiene, an der der den Oszillator enthaltende Sensor angeordnet ist, als auch durch vorüberlaufende Fahrzeugräder bedämpft wird. Eine der Stromaufnahme des Oszillators proportionale Spannung oder die am Schwingkreis des Oszillators anstehenden Spannung wird gleichgerichtet, möglicherweise heruntergeteilt und über einen Verstärker V dem einen Eingang eines Schwellwertschalters SW als Sensorspannung Us zugeführt. An dem anderen Eingang des Schwellwertschalters liegt eine Referenzgleichspannung Uref1. Diese Referenzgleichspannung ist so gewählt, daß sie um einen bestimmten Betrag niedriger ist als die Sensorspannung Us bei nicht von einem Fahrzeugrad beeinflußtem, an der Fahrschiene montiertem Sensor. Der Schwellwertschalter SW reagiert auf das Über- oder Unterschreiten des Referenzspannungspegels durch den Sensorspannungspegel mit dem Öffnen bzw. Schließen eines Schalters S4 zum Ausgeben von Sensormeldungen über den Ausgang Aus an eine nicht dargestellte Bewertungseinrichtung.
• Die Erfindung sieht vor, den vorstehend beschriebenen an sich bekannten Sensor dahingehend zu verändern, daß die Schaltschwelle des Schwellwertschalters periodisch verändert wird. Dabei wird der Pegel der Referenzspannung Uref1 vorübergehend auf den Pegel Uref2 angehoben bzw. die Referenzspannung Uref1 vorübergehend durch die höhere Referenzspannung Uref2 er setzt. Dies geschieht über einen symbolisch angedeuteten Schalter S2, der von einem Taktgenerator TG gesteuert wird. Die Impulsdauer t1 der Taktsignale des Taktgenerators zum Aufschalten der Referenzspannung Uref2 ist sehr viel kürzer als die Impulsfolgezeit t2 der Taktsignale des Taktgenerators und diese deutlich kürzer als die kürzestmögliche Radbeeinflussungszeit. Die zeitlichen Zusammenhänge sind aus den Diagrammen der 2 ersichtlich. Der Pegel Uref1 symbolisiert dabei die Referenzspannung, die dem Schwellwertschalter SW auch bislang schon zum Bewerten der Sensorspannung Us zugeführt wurde und die um einen bestimmten Betrag unterhalb der sich von außen bei unbeeinflußtem Sensor einstellenden Sensorspannung liegt. Sinkt die Sensorspannung unter die Referenzspannung Uref1, so schaltet der Schwellwertschalter den Ausgabeschalter S4 in die jeweils andere Schaltstellung, so daß am Ausgang Aus positives Potential als Zeichen für eine Sensorbeeinflussung ansteht.
• In 2 ist in Zeile 1 die Sensorspannung Us bei von der Fahrschiene, aber nicht durch ein Fahrzeugrad beeinflußtem Sensor, bei zusätzlich durch ein Fahrzeugrad beeinflußtem Sensor und bei unbeeinflußtem, von der Fahrschiene entferntem Sensor dargestellt. Im nicht befahrenen aber angebauten Zustand liegt die Sensorspannung Us oberhalb der Referenzspannung Uref1, bei befahrenem Sensor unterhalb der Referenzspannung Uref1 und bei genügender Entfernung des Sensors von der Fahrschiene oberhalb der erfindungsgemäß aufgetasteten Referenzspannung Uref2. Durch die gemeinsame Darstellung der am Meßpunkt 1 auf den Schwellwertschalter wirkenden Referenzspannungen und der bei den einzelnen Betriebsfällen sich ein stellenden Sensorspannungen in Zeile 1 der 2 lassen sich die an den übrigen Meßpunkten 2 bis 6 auftretenden Spannungen leicht nachprüfen. Bei nicht befahrenem aber an der Schiene montiertem Sensor führt der Schwellwertschalter SW an seinem Ausgang 2 nur dann Potential, wenn seinem Eingang die Referenzspannung Uref2 zugeführt wird, weil diese dann die vom Oszillator gelieferte Sensorspannung Us übersteigt. Über eine Entkopplungsdiode D wird dabei ein Speicherkondensator C geladen. Dieser Kondensator entlädt sich während der Aufschaltung der Referenzspannung Uref1 wieder infolge Belastung durch die Steuerleistung mit dem Ausgabeschalter S4 geringfügig um einen bestimmten Betrag, bis er beim folgenden Aufschalten der Referenzspannung Uref2 wieder nachgeladen wird. Der sich dabei am Speicherkondensator C einstellende Spannungsverlauf ist in Zeile 3 der 2 dargestellt.
• Die Anschaltdauer t1 der Referenzspannung Rref2 braucht nur so lang zu sein, daß der Schwellwertschalter darauf reagieren und den Speicherkondensator aufladen kann. Ein asynchron zum Takt des Taktgenerators erscheinendes Radsignal wird dann nicht nennenswert verfälscht; Voraussetzung dafür ist, daß das Radsignal sehr viel länger ansteht als der Prüfimpuls. Typische Prüfimpulsdauern liegen bei 1 ms, kürzestmögliche Radbeeinflussungszeiten bei 4 ms.
• Die Pause zwischen den Prüfimpulsen zur Anbauüberwachung ist so bemessen, daß die Spannung auf dem Speicherkondensator C bis zur nächsten Nachladung den Ausgabeschalter S4 im durchgeschalteten Zustand zu halten vermag.
• Wird der Radsensor von einem vorüberlaufenden Fahrzeugrad bedämpft, so sinkt die Sensorspannung auf einen Wert unterhalb der Referenzspannung Uref1. Die dem Schwellwertschalter während der Befahrung wechselweise zugeführten Referenzspannungen Uref1 und Uref2 sind beide größer als die dann abgesenkte Sensorspannung, so daß der Schwellwertschalter während der Dauer der Befahrung an seinem Ausgang positives Potential führt, siehe Zeile 2 in 2. Während dieser Zeit bleibt auch die Spannung am Ladekondensator C konstant, weil die Steuerleistung für den Schalter S4 vom Schwellwertschalter aufgebracht wird. Das beim Befahren des Sensors am Ausgang des Schwellwertschalters längerfristig anstehende Potential führt über ein Zeitglied T3 mit Tiefpaßverhalten nach Ablauf einer ihm eingeprägten Schaltzeit t3 zum Durchsteuern eines Schalters S3. Der durchgesteuerte Schalter S3 veranlaßt das Öffnen des Ausgabeschalters S4, so daß nunmehr am Ausgang Aus des Sensors hohes Potential gemäß Zeile 6 der 2 abgreifbar ist. Die dem Zeitglied T3 eingeprägte Schaltzeit t3 ist um einen bestimmten Betrag größer als die Impulsdauer t1 der Taktimpulse des Taktgenerators TG, d. h. die dem Zeitglied T3 bei unbeeinflußtem Sensor zugeführten relativ kurzen Ausgangssignale des Schwellwertschalters (Prüfimpulse) führen nicht zum Einstellen des Schalters S3 im Gegensatz zu der deutlich längeren Ansteuerung des Zeitgliedes T3 während einer Sensorbefahrung. Während der Sensorbefahrung ist der Schalter S3 zwar geschlossen; der Speicherkondensator C entlädt sich aber nicht über den Widerstand R3, weil er während des Befahrungsereignisses vom Schwellwertschalter laufend nachgeladen wird, so daß sofort nach dem Öffnen des Schalters S3 wieder eine ausreichend hohe Steuerspannung zum Durchsteu ern des Ausgabeschalters S4 zur Verfügung steht. Das Zeitglied T3 kann auch in an sich bekannter Weise auf einen dem Schalter S3 vorgeordneten Impulsformer zur Normierung von Radimpulsen geschaltet sein; solche Impulsformer bilden ausgangsseitig stets gleichlange Radimpulse ohne Rücksicht auf die Radgeschwindigkeit der die Radimpulse auslösenden Fahrzeugräder oder sie liefern Radimpulse einer bestimmten Mindestdauer.
• Wird der Sensor nun von der Fahrschiene entfernt, so steigt die Sensorspannung Us auf einen Wert oberhalb der getasteten Referenzspannung Uref2. Weil die dem Schwellwertschalter zugeführten Referenzspannungen Uref1 und Uref2 dann stets niedriger sind als die Sensorspannung Us, stellt der Schwellwertschalter SW ausgangsseitig kein Schaltpotential zur Verfügung, über das der sich langsam über den Ausgabeschalter S4 entladende Speicherkondensator nachgeladen werden könnte. Unterschreitet die am Meßpunkt 4 zur Verfügung stehende Steuerspannung einen vorgegebenen Schwellwert, so öffnet der Ausgabeschalter S4 und schaltet damit positives Potential auf den Ausgang Aus des Sensors. Der entsprechende Spannungsverlauf ist in Zeile 6 der 2 dargestellt. Das Entfernen des Sensors von der Fahrschiene macht sich damit für die Bewertungseinrichtung in gleicher Weise bemerkbar wie ein über dem Sensor stehengebliebenes Fahrzeugrad. Der oder die von dem Sensor bedienten angrenzenden Gleisabschnitte werden bzw. bleiben besetztgemeldet, so daß vom Stellwerk aus weitere Zugfahrten über den gestörten Sensor gesperrt werden können.
• Der erfindungsgemäß ausgestaltete Radsensor kann sowohl als Einzelsensor z. B. zum Auslösen von Schaltvorgängen an Bahnübergängen oder zur Raderfassung in Eisenbahnrangieranlagen als auch als Mehrfachsensor zur redundanten, fahrrichtungsabhängigen Erfassung von Befahrungsereignissen verwendet sein. Letzteres hat den Vorteil, daß selbst bei Totalausfall eines Radsensors die Raderfassung und die Anbauüberwachung noch von einem verbliebenen Radsensor des Sensorsystems vorgenommen werden kann. Der Sensor ist überall dort vorteilhaft anzuwenden, wo Radsensoren an Schienen anzubringen sind, vorzugsweise bei Eisenbahn-, U- und S-Bahn-, sowie Straßenbahnanlagen.
• Die nach der Erfindung vorgesehene Überprüfung des Anbauzustandes eines Radsensors läßt sich mit Vorteil auch bei Radsensoren vornehmen, die aus einer von den Fahrzeugrädern beeinflußbaren Sender-/Empfängeranordnung bestehen. Hier führt jedes Befahrungsereignis meist zu einem Anstieg der Empfangsspannung gegenüber dem unbeeinflußten Zustand, während der Ausfall oder die Entfernung des Senders oder des Empfängers von der Fahrschiene zu einer Absenkung der Empfangsspannung gegenüber dem unbeeinflußten Zustand führt. Durch die Prüfimpulse ist die Amplitude der Referenzspannung, mit der die Empfangsspannung zu vergleichen ist, auf einen Wert abzusenken, der unterhalb der Sensorspannung liegt wie sie sich bei ordnungsgerecht montierter radbeeinflußter Sender-/Empfängeranordnung einstellt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Anbauüberwachung von Radsensoren für Bahnanlagen mit je einem von den vorüberlaufenden Fahrzeugrädern induktiv bedämpfbaren Oszillator (OSZ) oder einer Sender-/Empfängeranordnung, deren Kopplung durch vorüberlaufende Fahrzeugräder veränderbar ist sowie mit einem Schwellwertschalter (SW), der eine aus dem vom Oszillator (OSZ) aufgenommenem Strom, eine aus der am Oszillatorschwingkreis (SK) anliegenden Spannung oder aus der Empfangsspannung abgeleitete Sensorspannung mit einer Referenzspannung (Uref1) vergleicht und aus dem Über- oder Unterschreiten dieser Referenzspannung (Uref1) durch die Sensorspannung (Us) mit Radsensormeldungen reagiert, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Schwellwertschalter (SW) zugeführte Referenzspannung periodisch zwischen zwei Werten (Uref1, Uref2) umschaltbar ist, von denen der eine (Uref1) die Schaltschwelle des Schwellwertschalters (SW) bezeichnet, bei deren Über- und Unterschreiten durch die Sensorspannung (Us) der Sensor ein Befahrungsereignis meldet und von denen der zweite (Uref2) zwischen der dem Schwellwertschalter (SW) bei nicht befahrenem Sensor und bei von der Fahrschiene entferntem Sensor zugeführten Sensorspannung (Us) liegt, dass die dem Schwellwertschalter (SW) zugeführte Referenzspannung (Uref1) zyklisch in Impulsfolgezeiten t2, die kürzer sind als die kürzestmögliche Beeinflussungszeit des Radsensors durch ein Fahrzeugrad, für Impulsdauern t1, die kürzer sind als die Impulsfolgezeiten t2, auf einen Wert (Uref2) verändert wird, der den Radsensor wie auf eine Befahrung reagieren lässt und dass die Radsensormeldungen auf das Überschreiten einer durch die Impulsfolgezeit t2 gegebenen Folgezeit überwacht werden.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Schwellwertschalter (SW) zugeführte Referenzspannung periodisch zwischen zwei Werten (Uref1, Uref2) umschaltbar ist, von denen der eine (Uref1) die Schaltschwelle des Schwellwertschalters (SW) bezeichnet, bei deren Über- und Unterschreiten durch die Sensorspannung (Us) der Sensor ein Befahrungsereignis meldet und von denen der zweite (Uref2) zwischen der dem Schwellwertschalter (SW) bei nicht befahrenem Sensor und bei von der Fahrschiene entferntem Sensor zugeführten Sensorspannung (Us) liegt, dass der Schwellwertschalter (SW) immer dann, wenn die aktuelle Referenzspannung (Uref1, Uref2) die aus der Stromaufnahme des Oszillators (OSZ) oder aus der Oszillatorspannung abgeleitete Sensorspannung (Us) übersteigt oder wenn die aus der Empfangsspannung abgeleitete Sensorspannung die die Ansprechschwelle des Radsensors bezeichnende Referenzspannung (Uref1) übersteigt oder die den Anbauzustand des Radsensors bezeichnende Referenzspannung (Uref2) unterschreitet, mindestens einen Speicherkondensator (C) lädt, dessen Spannung die Steuerspannung für einen die Sensormeldungen schaltenden Ausgabeschalter (S4) bildet und dass der Schwellwertschalter (SW) über ein Verzögerungsglied (T3) ein dem Speicherkondensator (C) parallelgeschaltetes Schaltglied (S3) einstellt zum Vermindern der Steuerspannung des Ausgabeschalters (S4) beim Ausbleiben von Schwellwertschalterausgangssignalen über eine Zeitspanne t3, die größer ist als die Impulsdauer t1 der zweiten Referenzspannung (Uref2).
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verzögerungsglied (T3) und dem Schalter (S3) ein Impulsformer zur Normierung von Radimpulsen angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsdauer t1 der zweiten Referenzspannung (Uref2) kürzer ist als die Impulsfolgezeit t2.
5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (S3) als Schalter ausgebildet ist, der in eingestelltem Zustand die Steuerspannung für den Ausgabeschalter (S4) kurzschließt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstrecke des Schalters (S3) dem Speicherkondensator (C) über mindestens einen Widerstand (R3) parallelgeschaltet ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkondensator (C) über mindestens eine Entkopplungsdiode (D) an den Ausgang des Schwellwertschalters (SW) angeschlossen ist.
8. Radsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstrecke des Ausgabeschalters (S4) mit dem einen Pol (OV) einer Versorgungsgleichspannung für den Sensor direkt und mit dem anderen Pol (+Ub) über mindestens einen Widerstand (R4) verbunden ist.
9. Radsensor nach Anspruchen 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Taktgenerator (TG) vorgesehen ist, der dem Schwellwertschalter (SW) über einen Schalter (S2) abwechselnd die eine bzw. andere Referenzspannung (Uref1, Uref2) zuführt.