DE19709844A1 - Sensor, insbesondere Radsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1. Ein derartiger Sensor ist bei­ spielsweise aus der Siemens Zeitschrift, 39. Jahrgang, 1965, Heft 4, Seiten 394-396 bekannt. Dort wird über einen im oder am Schienenkopf angeordneten Radsensor zum Erfassen von auf der Schiene vorüberlaufenden Fahrzeugrädern berichtet. Dieser Radsensor weist einen LC-Schwingkreis auf, der von einem sen­ soreigenen Oszillator in Resonanz betrieben wird. Die Induk­ tivität dieses Schwingkreises besteht aus einer in einen Topfkreis eingebrachten Wicklung zum Erzeugen eines in den Laufbereich vorüberlaufender Fahrzeugräder hineinragenden Ma­ gnetfeldes. Dieses Magnetfeld koppelt mit der Eisenmasse je­ des am Sensor vorüberlaufenden Fahrzeugrades, wobei das Fahr­ zeugrad beim Passieren des Magnetfeldes durch Wirbelstrombe­ dämpfung die Güte des Schwingkreises vorübergehend verändert. Die dadurch bewirkte Änderung der Stromaufnahme des Sensors oder der am Schwingkreis anstehenden Schwingspannung läßt sich detektieren und in nachgeschalteten Auswerteeinrichtun­ gen in Radsignale und gegebenenfalls Zählimpulse umsetzen.

Die nach dem vorstehenden Prinzip arbeitenden Radsensoren sprechen nicht nur auf die Eisenmasse vorüberlaufender Fahr­ zeugräder an sondern mindestens gelegentlich auch auf vorbei­ bewegte fahrzeugseitige Wirbelstrombremsen sowie auch auf Schienenströme mit Frequenzanteilen im Bereich der Schwing­ frequenz der Sensoren. Um solche unerwünschten Senorbeein­ flussungen möglichst zu vermeiden, gibt es verschiedene Lö­ sungsansätze, so z. B. bestimmte Abschirmungen an den Fahr­ schienen, den Sensoren und/oder den Fahrzeugbremsen.

Aus der DE 37 20 576 A1 ist eine Einrichtung an einem elek­ tronischen Doppelschienenkontakt bekannt, die in der Nähe des Doppelschienenkontaktes eine vom Magnetfeld vorüberlaufender Fahrzeugbremsen schaltbare Zusatzinduktivität aufweist. Diese Zusatzinduktivität wird durch die überwiegend niederfrequen­ ten Erregerfelder eingeschalteter und abgesenkter Fahrzeug­ bremsen in die Sättigung gesteuert und schließt dabei inter­ mittierend die beiden Sende- oder Empfangsspulen des Doppel­ schienenkontaktes kurz. Durch das zeitgleiche intermittieren­ de Kurzschließen beider Sende- bzw. Empfangsspulen des Dop­ pelschienenkontaktes fehlt es den beim Vorüberlaufen einer Fahrzeugbremse in den Empfangsspulen induzierten Radsignalen an dem für das Bilden von Zählsignalen erforderlichen Über­ lappungseffekt, so daß es trotz des Ansprechens der beiden Empfangsspulen nicht zu einem Zählvorgang kommt. Die zum Aus­ blenden von Bremsenbeeinflussungen vorgesehene Zusatzindukti­ vität ist so auszubilden und anzuordnen, daß sie während der gesamten möglichen Schienenkontaktbeeinflussung durch eine Fahrzeugbremse in die Sättigung gesteuert ist. Hierzu ist die Zusatzinduktivität nicht direkt am Gleis, sondern neben die­ sem anzuordnen und durch ein zusätzliches Gehäuse gegen me­ chanische Beeinflussungen zu schützen. Auch ist die Zusatzin­ duktivität durch zusätzliche Kabel mit den Schienenkontakten bzw. dem speisenden Generator zu verbinden.

Ähnliches gilt für eine aus der DE 43 16 980 A1 bekannte Vor­ richtung zum Erfassen eines schienengebundenen Rades, bei der neben einer für die Sensorfunktion unerläßlichen Sende- und Empfangsspule eine zusätzliche Spule vorgesehen ist, die mit der Empfangsspule in Reihe geschaltet oder ihr parallel ge­ schaltet ist und wie diese vom Sendemagnetfeld durchsetzt wird. Das Sendemagnetfeld induziert in der Empfängerwicklung und in der Zusatzwicklung abhängig von ihrer geometrischen Anordnung entweder gleichsinnige oder gegensinnige Spannun­ gen, die im Falle einer Sensorbeeinflussung durch ein Fahr­ zeugrad zu einer entsprechenden Sensormeldung führen. Werden über ein elektromagnetisches Störfeld, das sich über beide Wicklungen erstreckt, in beiden Spulen Störspannungen indu­ ziert, so heben sich diese Störspannungen wegen des unter­ schiedlichen Wicklungssinnes der Wicklungen bzw. der gleich­ sinnigen Beeinflussung beider Wicklungen gegenseitig auf, so daß derartige Störfelder wie sie z. B. von fahrzeugseitigen Wirbelstrombremsen hervorgerufen werden können, nicht zu Zählvorgängen führen. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung wird eine Zusatzinduktivität in Form einer zusätzlichen Spule benötigt, die getrennt von den übrigen Wicklungen anzuordnen ist. Eine Störfeldkompension ist nur bei nach dem Sender- Empfängerprinzip arbeitenden Radsensoren bekannt, nicht aber bei nach dem Oszillatorprinzip arbeitenden Radsensoren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ausgebildeten Sensor so auszugestalten, daß die die Sensorinduktivität durchflutenden Störfelder ganz oder zumindestens überwiegend kompensiert werden, ohne daß es erforderlich ist, eine von der Sensorinduktivität separierte Zusatzinduktivität vorzusehen, die getrennt von den übrigen Wicklungen im Sensorgehäuse festzulegen wäre.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Die Mantelfläche des Spulen­ körpers für die Schwingkreisinduktivität bildet dabei den Spulenkörper für die Zusatzinduktivität, fixiert sie und richtet sie zusammen mit der Schwingkreisinduktivität aus.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfin­ dungsgemäßen Sensors sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläu­ tert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 in Form einer Schnittdarstellung die Wicklungsanord­ nung des erfindungsgemäßen Sensors, in

Fig. 2 die elektrische Beschaltung der Sensorwicklungen und in

Fig. 3 ein durch einen Schienenstrom verursachtes, die Sen­ sorwicklungen durchsetzendes Störmagnetfeld.

Die Sensorspulenanordnung gemäß Fig. 1 besteht aus zwei kon­ zentrischen Wicklungen 1 und 2, von denen die innere auf den Kern 3 und die äußere auf den Mantel 4 eines zu den erfassen­ den Rädern offenen topfförmigen Schalenkernes 5 aufgebracht ist. Das Material dieses Schalenkernes besteht vorzugsweise aus einem Ferrit. Die beiden Wicklungen 1 und 2 sind in Reihe geschaltet und bilden gemeinsam die Induktivität des in Fig. 2 dargestellten Sensorschwingkreise 6. Dieser umfaßt neben den beiden Wicklungen 1 und 2 noch mindestens einen Kondensa­ tor 7 und ist über Anschlußleitungen an eine Sensorelektronik 8 angeschlossen. Die beiden Wicklungen 1 und 2 sind so ge­ schaltet, daß der in ihnen fließende Resonanzstrom um beide Wicklungen 1, 2 einander entgegengerichtete Magnetfelder 9, 10 aufbaut. Hierzu sind die Wicklungen 1, 2, wie in Fig. 2 dargestellt, entweder gegensinnig gewickelt und über ihre einander nicht entsprechenden Anschlüsse gleichsinnig in Rei­ he geschaltet oder aber die Wicklungen sind gleichsinnig ge­ wickelt und über ihre einander entsprechenden Anschlüsse ge­ gensinnig in Reihe geschaltet. Durch die Anordnung und Be­ schaltung der zusätzlichen, äußeren Wicklung 2 ändert sich der Verlauf des durch die innere Wicklung 1 aufgebauten Sen­ sormagnetfeldes gegenüber der üblichen Anordnung mit aus­ schließlich innerer Wicklung 1 prinzipiell nichts; allerdings kann die innere Wicklung 1 nunmehr weniger Windungen aufwei­ sen als bei einer Anordnung ohne Zusatzwicklung. Ein den Sen­ sor befahrendes Fahrzeugrad bedämpft mit seiner Eisenmasse die Güte des aus den beiden Wicklungen 1 und 2 und dem Kon­ densator 7 gebildeten Sensorschwingkreises 6 und veranlaßt damit eine Sensormeldung in gleicher Weise wie bei einem Sen­ sor ohne Zusatzinduktivität.

Werden die beiden Sensorwicklungen 1 und 2 jedoch von einem Störfeld beeinflußt, so induziert dieses Störfeld in den bei­ den Wicklungen Störspannungen, die sich infolge des unter­ schiedlichen Wicklungssinnes der beiden Spulen bzw. der ge­ gensinnigen Reihenschaltung mindestens zum Teil kompensieren. Beide Störspannungen kompensieren sich auch bei gleicher Win­ dungszahl im ersten Ansatz nur zum Teil, da beide Spulen dem magnetischen Störfeld eine unterschiedlich große Durchflu­ tungsfläche bieten. Der Kompensationseffekt läßt sich opti­ mieren, indem man die Außenwicklung 2 durch eine entsprechen­ de Ausformung nach Höhe und Höhenlage auf dem Kern und/oder eine entsprechende Anzahl von Windungen so an die Innenspule anpaßt, daß Störfelder in beiden Spulen gleichgroße Störspan­ nungen induzieren; dieser Kompensationseffekt ist unabhängig von der Größe und der Frequenz der Störfelder. Fig. 3 zeigt ein schematisch angedeutetes, auf einem Schienenstrom beru­ hendes Störfeld 11, welches die innere und die äußere Spule 1, 2 einer Sensorspulenanordnung gleichsinnig durchsetzt. Durch den unterschiedlichen Wicklungssinn der beiden Wicklun­ gen bzw. ihre gegensinnige Verschaltung kompensieren sich die vom Störfeld in den beiden Wicklungen 1, 2 induzierten Stör­ spannungen gegenseitig, so daß es nicht zum Auslösen einer Sensormeldung kommt. Was für das in Fig. 3 dargestellte schienenstrombedingte Störfeld 6 gilt, gilt in entsprechender Weise auch für ein Störfeld, das von einer fahrzeugseitigen Schienenbremse oder von sonstigen magnetischen Fahrzeugein­ richtungen stammt.

Die Erfindung ist mit Vorteil auch bei Doppelsensorsystemen aus zwei benachbarten Einzelsensoren anwendbar. Dort ist je­ dem Einzelsensor eine eigene Zusatzwicklung zuzuordnen. Durch geeignete Maßnahmen ist eine ausreichende magnetische Ent­ kopplung der beiden Einzelsensoren sicherzustellen.

Claims (6)

1. Sensor mit mindestens einer auf einen Kern aufgebrachten Wicklung als Teil eines durch vorbeibewegte ferromagnetische Körper induktiv beeinflußbaren LC-Schwingkreises, insbesonde­ re Radsensor zum Erfassen von auf einer Schiene vorüberlau­ senden Fahrzeugrädern im Bahnbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mindestens eine Wicklung (1) über eine magnetisch leitfähige Zwischenlage (4) mindestens eine mit dieser Wick­ lung in Reihe geschaltete Zusatzwicklung (2) aufgebracht ist, in der der über die Wicklungen fließende Resonanzstrom ein dem Feld (9) der anderen Wicklung (1) entgegengerichtetes Feld (9) aufbaut.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (5) als einseitig zum beeinflussenden ferromagne­ tischen Körper offener Schalenkern mit wenigstens im wesent­ lichen senkrechter Mittelachse ausgebildet ist mit der im Schalenkern angeordneten Wicklung (1) und der auf den Scha­ lenkernmantel (4) aufgebrachten Zusatzwicklung (2).

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (5) als Ferritschalenkern ausgebildet ist.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (1, 2) gleichsinnig gewickelt und über ih­ re einander entsprechenden Anschlüsse gegensinnig in Reihe geschaltet sind.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (1, 2) gegensinnig gewickelt und über ihre einander nicht entsprechenden Anschlüsse gleichsinnig in Rei­ he geschaltet sind.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung der Zusatzwicklung (2) hinsichtlich der Anzahl der Windungen, ihrer Anordnung und ihrer Abmessung so gewählt ist, daß etwaige die Wicklungen (1, 2) gemeinsam be­ einflussende Störfelder in beiden Wicklungen mindestens in etwa gleichgroße Störspannungen induzieren.