DE19748602A1

DE19748602A1 - Achszählschalter

Info

Publication number: DE19748602A1
Application number: DE1997148602
Authority: DE
Inventors: Michael Germund; Holger Spintig; Guenter Dombrowski
Original assignee: PEINE SALZGITTER VERKEHR
Current assignee: PEINE SALZGITTER VERKEHR
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 1999-05-06

Description

Die Erfindung betrifft einen Achszählschalter nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches.

Solche Achszählschalter werden in Kombination mit Achszähleinrichtungen des Eisenbahnsicherungswesens zur Verbesserung der Unfallsicherheit bei Gleis- und Rangieranlagen eingesetzt.

Eine zuverlässige Achszählung ermöglicht es festzustellen, in welchem Befahrzustand sich bestimmte Gleisabschnitte oder Weichen befinden oder wieviel Züge einen Streckenabschnitt passieren.

Achszählschalter arbeiten meistens als induktive Näherungsschalter mit einer Sende- und einer Empfangsspule (Sensorspule), welche über bestimmte Schaltungsanordnungen miteinander gekoppelt sind.

Bei dieser bekannten Bauart sind beide Spulen gegenüberliegend, beiderseits des Schienenstranges angeordnet.

Das von der Sendespule ausgehende Magnetfeld wird in die Empfangsspule gekoppelt und induziert dort ein Signal.

Erfährt dieses Magnetfeld zwischen beiden Spulen nun eine Änderung, z. B. beim Durchgang eines Eisenbahnrades zwischen den Spulen, ändert sich die in der Empfangsspule induzierte Spannung und die Achszähleinrichtung registriert den Durchgang einer Achse.

Neuere Achszählschalter arbeiten nicht mehr mit einer Sende- und einer Empfangsspule, sondern verwenden nur noch eine Sensorspule, welche in einen Oszillatorkreis eingebunden ist und mit einem hochfrequenten magnetischen Wechselfeld beaufschlagt wird.

Beim Durchgang einer das magnetische Wechselfeld beeinflussenden Masse (Eisenbahnrad) erfährt dieses und der damit verbundene Oszillatorkreis eine Dämpfung, welche als elektrisches Zählsignal für eine Achse ausgewertet wird. Werden zwei solche Achszählschalter hintereinander angeordnet, läßt sich auch die Fahrtrichtung eines Waggons oder Zuges feststellen.

Durch Addition der in den Gleisabschnitt einfahrenden und Subtraktion der den Gleisabschnitt verlassenden Achsen, läßt sich dann feststellen, ob besagter Gleisabschnitt belegt oder frei ist, was eine erheblicher Bedeutung für die Sicherheit im Eisenbahnwesen hat.

Im praktischen Betrieb unterliegen die an den Gleisen befestigten Achszählschalter jedoch größeren mechanischen Belastungen (Eisenbahnbetrieb), die eine Dejustierung der als Sensoren arbeitenden Spulen verursachen können. Auch andere metallische- oder Magnetfeld erzeugende Einrichtungen an Zügen können das von den Achszählschaltern abgegebene Signal verfälschen und eine zuverlässige Auswertung der Zählsignale erschweren.

Probleme für die angeschlossenen Steuereinrichtungen (z. B. Weichensteuerung) bereitet auch das Erkennen und Verarbeiten der analogen Zählsignale, da Signale eines Eisenbahnrades von denen anderer magnetische Störfelder verursachenden Massen oder Geräten schwer zu unterscheiden sind.

Zur Beseitigung der angeführten Mängel wurden eine Reihe von Vorschlägen bekannt.

So ist in DE 43 25 406 A1 ein Näherungsschalter offenbart, der die elektromagnetische Bedämpfung einer Spule erfaßt, welche in einen von einer Konstantspannungsquelle angesteuerten Oszillatorkreis eingeschlossen ist. Der Oszillatorkreis erzeugt ein hochfrequentes Wechselfeld, welches beim Durchgang von metallischen Stoffen eine Dämpfung erfährt und diese Dämpfung als Zählsignal weitergibt. Auch hier ist eine Empfangsspule nicht notwendig.

Während bei den bekannten Näherungsschaltern eine schwache Bedämpfung auch stets nur eine geringe Energieversorgung und damit ein schwaches und träges Ausgangssignal zur Folge hatte, wird nach DE 43 25 406 A1 der innere Widerstand, den der Schwingkreis innerhalb der Auswerteschaltung hat, derart verändert, daß der Strom durch den Schwingkreis und damit der zur Messung dienende Strom konstant bleibt.

Hierzu wird der Strom gemessen und der als Transistor ausgeführte, steuerbare Fühlwiderstand entsprechend angesteuert.

Zwei Näherungsschalter werden in unmittelbarer Nachbarschaft zur Feststellung der Fahrtrichtung verwendet.

Bei diesem bekannten Näherungsschalter wird zwar versucht, mit Schaltmitteln die Stabilität des Zählsignals zu verbessern, aber wie auch bei den anderen bekannten Ausführungen von Achszählschaltern sind keine ausreichenden Mittel zur Prüfung seiner Funktionstüchtigkeit und der Stabilisierung seiner Zählsignale angegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Mängel der vorbekannten Achszähleinrichtungen zu beseitigen und einen Achszählschalter anzugeben, der den hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit gerecht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind die Integration eines Selbsttestsystems und die interne Erzeugung von digitalen Zählimpulsen, welche an die mit dem Achszählschalter verbundene Steuerung weitergegeben werden.

Das Selbsttestsystem wird durch die Anordnung einer ein magnetisches Feld erzeugenden Prüfspule realisiert, die den Durchgang einer die Oszillatorschaltung (Magnetfeld) dämpfenden Masse simuliert. Dadurch wird eine realitätsnahe Prüfung der Näherungssensoren des Achszählschalters ermöglicht.

Die Ansteuerung des Selbsttestsystems mit Prüfspule erfolgt mittels externem Signalgeber. Dazu können z. B. Mikroprozessoren oder speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) verwendet werden. In Verbindung mit einer SPS oder einem Prozessor wird es möglich, das Selbsttestsystem des erfindungsgemäßen Achszählschalters in beliebigen Testintervallen auf Funktionstüchtigkeit zu prüfen.

Der erfindungsgemäße Achszählschalter wird nun in einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Achszählschalters,

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Achszählschalters.

Der Achszählschalter 12 besteht aus den beiden induktiven Näherungsschaltern 2 und 4, einer Versorgungsspannungserkennung 8 und einer Schaltungsanordnung 1 und 3, mit der die Sensorelemente (Sensorspulen) 23 und 24 von extern über die Prüfspulen 22 und 25 in den bedämpften Zustand geschaltet werden können.

Die in den Figuren dargestellte Ausführungsform des Achszählschalters 12 eignet sich durch die Verwendung der beiden Näherungsschalter hintereinander auch zur Bestimmung von Fahrtrichtung und Geschwindigkeit von Gleisfahrzeugen. Durch die Anordnung der Schalter werden die Zählimpulse eines überrollenden Rades zeitlich nacheinander abgegeben. In Abhängigkeit von der Fahrtrichtung wird der Zählimpuls der jeweilig ersten Sensorspule auch zuerst registriert. Die Zeitdifferenz zwischen den Impulsen der beiden Sensorspulen und die Impulslänge ist ein Maß für die Überfahrgeschwindigkeit des Achszählschalters.

Als Sensorelement (Sensorspule) 23, 24 des induktiven Näherungsschalters 2, 4 wird eine Spule mit halboffenem Schalenkern benutzt. Die Sensorspulen 23, 24 sind in eine Oszillatorschaltung eingebunden.

Die Oszillatorschaltung, bestehend aus einem mit zwei Transistoren gebildeten Stromspiegel und einem LC-Schwingkreis, generiert über die Sensorspule ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, das an deren aktiven Fläche nach außen dringt.

Die beispielhafte Schwingfrequenz des Näherungsschalters 2 und 4 soll etwa 100 kHz betragen.

Beim Durchgang einer das Magnetfeld der Sensorspule 23, 24 beeinflussenden Masse, was durch Überfahren des Näherungsschalters 2 oder 4 durch das Rad eines Waggons der Fall ist, erfolgt eine Bedämpfung des Oszillatorkreises durch Änderung der Magnetfeldstärke der in den Oszillatorkreis eingebundenen Sensorspule 23, 24.

Dem Oszillator wird Energie entzogen, dadurch ändert sich dessen Stromaufnahme und die Eingangsspannung eines nachfolgend angeordneten Steuerschaltkreises.

Damit wirklich nur der Durchgang der Achsen (Räder) des Schienenfahrzeugs vom Näherungsschalter erfaßt wird, enthält die Schaltungsanordnung 14 eine Trigger-Stufe, welche das Zählsignal erst ab einer bestimmten Schaltschwelle an eine Endstufe durchschaltet. Die dadurch erzeugten digitalen Signale des Achszählschalters 12 können dann von einer angeschlossenen Zählschaltung (Mikroprozessor, SPS) verarbeitet werden.

Die erzeugten Schaltsignale werden über die Anschlüsse 6 und 11 des jeweiligen Näherungsschalters herausgeführt.

Eine Justierung der Näherungsschalter erfolgt mit den Abgleichpotentiometern 13.

Zur Funktionsanzeige der Sensoren und der Spannungsversorgung 9 werden die LEDs 17 bis 21 verwendet.

Die Baugruppen des beispielhaften Achszählschalters sind auf einer Aluminiumgrundplatte 16 befestigt und durch ein Kunststoffgehäuse gegen Korrosion und Verschmutzung geschützt.

Mit dem erfindungsgemäßen Selbsttestsystem 1 und 3 und deren Prüfspulen 22 und 25 läßt sich durch ein extern zugeführtes Testsignal 7 und 10 eine künstliche Bedämpfung der Sensorspulen und damit des Oszillatorkreises des Näherungsschalters simulieren.

Die Aktivierung der Testsignale 7 und 10 kann z. B. über ein Optokoppler und die Ansteuerung eines Fototransistors erfolgen.

Die vom Magnetfeld der Prüfspule verursachte Dämpfung des hochfrequenten Magnetfeldes der Sensorspule entzieht damit dem Oszillatorkreis des Näherungsschalters Energie. Dadurch wird bei richtiger Justierung des Näherungsschalters ebenfalls ein digitaler Zählimpuls ausgelöst. Die Oszillatoren des Sensorspulenschaltkreises werden durch diese künstliche Bedämpfung in den gleichen Zustand versetzt wie durch eine äußere Bedämpfung mit einem überfahrenden Eisenbahnrad.

Der so erzeugte digitale Zählimpulse wird an die angeschlossene Steuerschaltung der Weichensteuerung (Mikroprozessor, SPS) weitergegeben.

Dort erfolgt dann der Vergleich des eingehenden Signals mit gespeicherten Standardwerten. Je nach Auslegung der Steuerung bestätigt die Auswertung des empfangenen Prüfsignals des Achszählschalters seine Funktionstüchtigkeit oder es erscheint eine Fehlermeldung.

Bei positivem Testergebnis wird der Gleisabschnitt oder die Weiche zum Befahren freigegeben, bei negativem Testergebnis ist eine nähere Untersuchung des Achszählschalters notwendig, und der betroffene Gleisabschnitt wird gesperrt.

Beide Sensorelemente des Näherungsschalters, Sensorspulen 23, 24 und Prüfspulen 22, 25, befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel gemeinsam auf einem Wickelkern.

Es ist jedoch auch denkbar, Sensorspule 23, 24 und Prüfspule 22, 25 getrennt anzuordnen, solange die signalauslösende Kopplung der beiden Magnetfelder gegeben ist.

Als weitere Maßnahme zur Erhöhung der Funktionssicherheit des erfindungsgemäßen Achszählschalters 12 ist eine Schaltungsanordnung 5 zur kontinuierlichen Überwachung 8 der Spannungsversorgung 9 vorgesehen.

Der Einsatz des integrierten Testsystems in dem erfindungsgemäßen Achszählschalter erlaubt eine ständige Überwachung seiner Funktionstüchtigkeit.

Er kann z. B. in beliebigen Abständen oder nach jeder Überfahrt durch eine externe Steuerung geprüft werden, was erheblich zur Erhöhung seiner Funktionssicherheit beiträgt.

Beschädigungen oder eine Dejustierung des Schalters können sofort erkannt und Maßnahmen zu deren Beseitigung ergriffen werden.

Eine aufwendige Vor-Ort-Prüfung der Achszählschalter zur Feststellung seiner Funktionstüchtigkeit entfällt.

Bezugszeichenliste

1

Testsystem des

1

. Näherungsschalters

2

erster Näherungsschalter

3

Testsystem des

2

. Näherungsschalters

4

zweiter Näherungsschalter

5

Schaltungsanordnung zur Spannungserkennung

6

Ausgang Schaltsignal des

1

. Näherungsschalters

7

Eingang Testsignal für Selbsttestsystem

1

8

Ausgangssignal für Spannungserkennung

9

Spannungsversorgung für Achszählschalter

10

Eingang Testsignal für Selbsttestsystem

2

11

Ausgang Schaltsignal des

2

. Näherungsschalters

12

Achszählschalter

13

Abgleichpotentiometer zur Justierung der Sensorspulen

14

Schaltungsanordnung für die Oszillatorstufen, die Endstufen und die Spannungsüberwachung

15

Leitungsausführung

16

Alluminiumgrundplatte

17

LED für Näherungsschalter

1

18

LED für Testsystem

1

19

LED für Testsystem

2

20

LED für Näherungsschalter

2

21

LED für Spannungsversorgung

22

Prüfspule

1

23

Sensorspule

1

24

Sensorspule

2

25

Prüfspule

2

Claims

1. Achszählschalter, bestehend aus zwei hintereinander angeordneten Näherungsschaltern, welche nach dem Prinzip der magnetischen Induktion arbeiten und als Sensorspulen ausgebildet sind, wobei die Sensorspulen in eine Oszillatorschaltung eingebunden sind und ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugen, das beim Durchgang von Eisenbahnrädern oder anderen ein Magnetfeld beeinflussenden Materialien, eine Dämpfung erfährt und über die Oszillatorschaltung ein Signal an die Achszähleinrichtung auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Schaltungsanordnung zur Selbstprüfung (Selbsttestsystem) des Achszählschalters vorgesehen ist, mit der ein Magnetfeld erzeugt wird, welches die gleiche Wirkung auf das Magnetfeld der Sensorspulen hat wie der Durchgang von Eisenbahnrädern oder anderen das Magnetfeld der Sensorspulen beeinflussende Materialien,
daß eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, welche die Achszählsignale des Achszählschalters als digitale Impulse abgibt und
daß eine Schaltungsanordnung zur permanenten Spannungsüberwachung der Versorgungsspannung des Achszählschalters vorgesehen ist.

2. Achszählschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Selbstprüfung des Achszählschalters aus je einer Sensorspule und dieser zugeordneten Prüfspule besteht, wobei eine entsprechend geeignete Ansteuerschaltung zur Auslösung eines oder mehrerer Prüfimpulse für die Prüfspule vorgesehen ist.

3. Achszählschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich Sensorspule und Prüfspule auf dem gleichen Wickelkern befinden.