Sendereinrichtung, Sensoreinrichtung und Verfahren zum Erfassen einer Magnetfeldänderung

Die Erfindung betrifft eine Sendereinrichtung für eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich der Sensoreinrichtung annäherndes oder an der Sensoreinrichtung vorbeibewegendes Objekt, insbesondere durch ein Rad eines Schienenfahrzeugs, verursacht ist, wobei die

Sendereinrichtung wenigstens zwei wechselstromgespeiste Sen ^¬ der-Schwingkreise zum Ausbilden einer Senderfrequenz der Sendereinrichtung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich in einer Bewegungsrichtung einer Sensoreinrichtung annäherndes oder in der Bewegungsrichtung an die Sensoreinrichtung vorbeibewegendes Objekt verursacht wird, bei dem eine Senderfrequenz einer Sendereinrichtung von wenigstens zwei wechselstromgespeisten Sender-Schwingkreisen ausgebildet wird.

Sendereinrichtungen und Verfahren der genannten Art werden in Sensoreinrichtungen, wie beispielsweise Radsensoren oder Achszählkontakten, eingesetzt, um ein sich annäherndes oder vorbei bewegendes Objekt zu detektieren. In eisenbahntechnischen Anlagen ist dieses sich vorbei bewegende Objekt bei ^¬ spielsweise das stählerne Rad eines Schienenfahrzeugs. Das Objekt beeinflusst das von der Sensoreinrichtung erzeugte Magnetfeld, so dass die Magnetfeldänderung detektiert werden kann und für eine Erkennung des Objekts repräsentativ ist. Diese nach dem induktiven Wirkprinzip arbeitenden Sensoreinrichtungen sind beispielsweise in der Gleisfreimeldetechnik hinlänglich bekannt. Es gibt hier Ausführungen als ein- oder zweikanalige Sensoren oder jene mit getrenntem Sender und Empfänger, welche jeweils an der Schienen gegenüberliegend positioniert werden, und jene, die Sender und Empfänger in einem gemeinsamen Gehäuse auf der gleichen Schienenseite be- sitzen, beispielsweise auf der Schieneninnenseite zur Spur ^¬ kranzdetektion .

Zweikanalige Sensoreinrichtungen werden üblicherweise für ei- ne Richtungserkennung des vorbeifahrenden Schienenfahrzeugs verwendet. Beim Überfahren eines Rads des Schienenfahrzeugs erzeugen die beiden Sensorkanäle mit ihren Schwingkreisen nacheinander zeitlich versetzte Signale, die in einer Auswerteeinrichtung zur Fahrtrichtungserkennung genutzt werden. Be- kannte Sensoreinrichtungen sind beispielsweise in der EP 0 340 660 A2, DE 10 2012 212 939 AI oder DE

10 2014 207 409 AI beschrieben.

Bei Sendereinrichtungen der oben genannten Art mit zwei Sen- der-Schwingkreisen mit nur einer Frequenz sind die beiden Sender-Schwingkreise üblicherweise parallel geschaltet. Es muss hierbei sichergestellt sein, dass bei einem Defekt, bei ^¬ spielsweise einem Bauteilausfall in einem der Sender- Schwingkreise oder einem Aderbruch in der Zuleitung, kein un- sicherer Zustand entsteht. Durch einen solchen Defekt kann sich nämlich die Empfangsspannung des nicht betroffenen Kanals verändern, was möglicherweise eine Unempfindlichkeit ge ^¬ genüber vorbeifahrenden Objekten erhöht und somit sicherheitstechnisch problematisch wäre. Um dies zu verhindern, wird beispielsweise die Empfangsspannung überwacht, um so den Fehlerfall detektieren zu können. Allerdings ist dies aufwen ^¬ dig und erhöht die Herstellungskosten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Senderein- richtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei denen eine Ausfalloffenbarung auf einfache Weise realisiert ist.

Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Sendereinrichtung der oben genannten Art dadurch gelöst, dass die wenigstens zwei Sender-Schwingkreise derart ausgebildet sind, dass Ihre Resonanzfrequenzen zueinander unterschiedlich sind. Das eingangs genannte Verfahren löst die Aufgabe dadurch, dass die Senderfrequenz aus wenigstens zwei unterschiedlichen Resonanzfrequenzen der wenigstens zwei Sender-Schwingkreise ausgebildet wird.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass sich bei einem Defekt oder Ausfall eines Sender-Schwingkreises, bei ^¬ spielsweise durch einen Bauteilausfall oder einen Aderbruch, die Senderfrequenz der Sendereinrichtung verändert. Diese Veränderung der Senderfrequenz ist auf einfache Weise

detektierbar, so dass anschließend dementsprechend sicher ^¬ heitstechnisch reagiert werden kann.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass diese konstruktiv besonders einfach umsetzbar ist, nämlich durch eine entsprechende Ausbildung der Sender-Schwingkreise, was sie besonders wirtschaftlich macht. Auch können vorhande ^¬ ne Sendereinrichtungen mit Hilfe der Erfindung besonders einfach umgerüstet werden. Es müssen nur die Sender- Schwingkreise ausgetauscht werden. In den Sender- Schwingkreisen werden vorteilhafterweise keine zusätzlichen Bauelemente benötigt, die Kosten verursachen würden und ggf. die Verfügbarkeit reduzieren könnten. Ferner ist die erfindungsgemäße Lösung allein auf Seiten der Sendereinrichtung realisierbar und dadurch beispielsweise unabhängig von einem Empfangssignalpegel, der bei einkanaligem Senderausfall in Abhängigkeit von der Anbauposition an der Schiene und dem Schienentyp variieren kann. Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausfüh ^¬ rungsformen weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrieben sind.

So können die wenigstens zwei Sender-Schwingkreise derart ausgebildet sein, dass ihre Resonanzfrequenzen jeweils außerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Senderfrequenz ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass ein Fehler beispielswei ^¬ se durch einen Aderbruch besonders einfach festgestellt wer- den kann, weil beispielsweise der vorgegebene Bereich der Senderfrequenz bei vorhandenen Einrichtungen bereits überwacht wird. Dadurch sind die nötigen Änderungen zur Realisierung der Erfindung besonders gering.

Um die Sendereinrichtung besonders einfach auszubilden, kann die Sendereinrichtung wenigstens eine Oszillatorschaltung aufweisen, die die wenigstens zwei Sender-Schwingkreise als frequenzbestimmende Glieder umfasst und in der die Sender- Schwingkreise parallel zueinander geschaltet sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die wenigstens zwei Senderschwingkreise zueinander unterschiedliche Kapazi ^¬ täten und/oder Induktivitäten aufweisen. Dies hat den Vor- teil, dass die Erfindung so besonders einfach umgesetzt wer ^¬ den kann. Es ist selbstverständlich bei der Auswahl der

Induktivitäten und Kapazitäten zu beachten, dass die sich dadurch ergebenden Resonanzfrequenzen unterschiedlich sind. Zur erfindungsgemäßen Lösung könnte ein Sender-Schwingkreis eine niedrigere Resonanzfrequenz als die gewünschte Sender ^¬ frequenz aufweisen und der andere Sender-Schwingkreis eine entsprechend höhere Resonanzfrequenz als die gewünschte Sen ^¬ derfrequenz aufweisen. Durch die Parallelschaltung der Sen- derschwingkreise ergibt sich als Mittelwert der beiden Reso ^¬ nanzfrequenzen die Senderfrequenz der Oszillatorschaltung.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Magnetfeldänderung, die durch ein sich der Sensoreinrichtung annäherndes oder an der Sensoreinrichtung vorbei bewegendes Objekt, insbesondere durch ein Rad eines Schienenfahrzeugs, verursacht ist, wobei die Sensoreinrich ^¬ tung wenigstens eine Sendereinrichtung und wenigstens eine Empfängereinrichtung aufweist. Erfindungsgemäß ist die Sen- dereinrichtung nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung kann die Sensoreinrichtung wenigstens eine Überwachungseinrichtung aufweisen, welche zum Ermitteln der Senderfrequenz der Sendereinrichtung und zum Prüfen, ob die ermittelte Senderfrequenz in einem vorgegebenen Frequenzbereich liegt, ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Überwachungseinrichtung auf einfache Weise einen Defekt und die damit verbundene Frequenzänderung der Senderfrequenz ermittelt. Eine solche Überwachungseinrichtung kann Teil der erfindungsgemäßen Sendereinrichtung sein. Alternativ kann die Überwachungseinrichtung aber auch Teil der Empfängereinrichtung sein und empfängerseitig die Senderfrequenz ermitteln und überwachen.

Um weitere sicherheitstechnisch nötige Maßnahmen ggf. automa ^¬ tisch auszulösen, kann die Überwachungseinrichtung zur Ausgabe eines Warnsignals ausgebildet sein, wenn die ermittelte Senderfrequenz außerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs liegt .

Um die Erfindung besonders vorteilhaft für eisenbahntechnische Anlage nutzen zu können, kann die Sensoreinrichtung als ein Radsensor zur Erfassung einer Magnetfeldänderung ausgebildet sein, die durch ein sich auf einer Schiene in einer Bewegungsrichtung entlang der Schienenlängsrichtung an dem Radsensor vorbei bewegendes Rad verursacht ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die wenigstens zwei Resonanzfrequenzen je- weils mit einer Frequenz außerhalb eines vorgegebenen Fre ^¬ quenzbereichs der Senderfrequenz ausgebildet werden. Dies hat den oben bereits beschriebenen Vorteil, dass die Überwachung des vorgegebenen Frequenzbereichs häufig bereits vorhanden und dadurch einfach realisiert werden kann.

Um weitere sicherheitstechnisch nötige Maßnahmen bei einem Defekt einzuleiten, kann die Senderfrequenz ermittelt werden und ein Warnsignal erzeugt werden, wenn die ermittelte Sen ^¬ derfrequenz außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt.

In Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung .

Eine Sensoreinrichtung 1 der in der Figur beispielhaft dargestellten Ausführungsform umfasst eine Sendereinrichtung 2 und eine Empfängereinrichtung 3. Die Sensoreinrichtung 1 ist auf beiden Seiten einer Schiene 4 angeordnet, die Teil einer nicht weiter dargestellten eisenbahntechnischen Anlage ist und von wenigstens einem nicht dargestellten Schienenfahrzeug in einer Bewegungsrichtung entlang der Schienenlängsrichtung befahren wird. Die Sendereinrichtung 2 weist zwei parallelgeschaltete Sen ^¬ der-Schwingkreise 5.1, 5.2, eine elektronische Schaltung 6 und eine Überwachungseinrichtung 7 auf. Diese Komponenten der Sensoreinrichtung 2 sind über elektrische Verbindungen 8, die in der Figur der Übersichtlichkeit halber lediglich verein- facht dargestellt sind, miteinander elektrisch verbunden. Bei der in der Figur beispielhaft dargestellten Sensoreinrichtung 1 sind die beiden Sender-Schwingkreise 5.1, 5.2 in einem Ge ^¬ häuse 9 und die elektronische Schaltung 6 und die Überwa ^¬ chungseinrichtung 7 in einem weiteren Gehäuse 10 angeordnet. Selbstverständlich könnte die Sendereinrichtung 2 auch komplett in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Die Sender-Schwingkreise 5.1, 5.2 weisen jeweils eine Induktivität 11.1, 11.2, beispielsweise eine Spule, und jeweils eine Kapa ^¬ zität 12.1, 12.2, beispielsweise einen Kondensator, auf. Die Sender-Schwingkreise 5.1, 5.2 sind als Parallelschwingkreise ausgebildet . Die Empfängereinrichtung 3 weist zwei Empfänger-Schwingkreise 13.1, 13.2 und eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung auf. Die Empfänger-Schwingkreise 13.1, 13.2 sind in einem Ge ^¬ häuse 14 gegenüberliegend von den Sender-Schwingkreisen 5.1, 5.2 auf der anderen Seite der Schiene 4 angeordnet. Die Emp ^¬ fängereinrichtung 3 könnte alternativ beispielsweise auch nur einen Empfänger-Schwingkreis 13 aufweisen.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 1 beschrieben.

Im Betrieb erzeugt die elektronische Schaltung 6 der Sender ^¬ einrichtung 2 einen Wechselstrom mit einer Senderfrequenz f _s von beispielsweise 50 kHz. Dieser Wechselstrom speist über die elektrischen Verbindungen 8 die beiden parallelgeschalteten Sender-Schwingkreise 5.1, 5.2. Erfindungsgemäß sind die beiden Sender-Schwingkreise 5.1, 5.2 so ausgestaltet, dass sie zueinander unterschiedliche Resonanzfrequenzen f _r aufweisen. Die Resonanzfrequenzen f _r sind so ausgebildet, dass sie jeweils außerhalb eines vorgegebenen Bereichs von 50 kHz +/- 3 kHz liegen. Bei der beispielhaften Ausführungsform in der Figur weist beispielsweise der Sender-Schwingkreis 5.1 eine Resonanzfrequenz von 45 kHz und der Sender-Schwingkreis 5.2 eine Resonanzfrequenz von 55 kHz auf. Die beiden Sender- Schwingkreise 5.1, 5.2 und die elektronische Schaltung 6 bil ^¬ den gemeinsam eine selbstschwingende Oszillatorschaltung 15 aus. Die Senderfrequenz f _s stellt sich ein durch die Parallelschaltung der Sender-Schwingkreise 5.1, 5.2 als Mittelwert der zueinander verschiedenen Resonanzfrequenzen f _r der beiden Sender-Schwingkreise 5.1, 5.2. In der in der Figur darge ^¬ stellten beispielhaften Ausführungsform ist die Senderfrequenz f _s somit 50 kHz. Die Senderfrequenz f _s ist eine Arbeitsfrequenz der Sendereinrichtung 2. Die Überwachungseinrichtung 7 ermittelt im Betrieb die Senderfrequenz f _s der Sendereinrichtung 2 und prüft, ob die ermittelte Senderfre ^¬ quenz f _s in dem vorgegebenen Frequenzbereich von hier 50 kHz +/- 3 kHz liegt. Wenn die ermittelte Senderfrequenz f _s außer- halb des vorgegebenen Frequenzbereichs liegt, gibt die Über ^¬ wachungseinrichtung 7 ein Warnsignal aus.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Sendereinrichtung 2 einer der Sender-Schwingkreise 5.1, 5.2 infolge eines Fehlers, wie bei ^¬ spielsweise eines Kabel- oder Aderbruchs oder eines Bauteil ^¬ ausfalls, ausfallen, ändert sich die Senderfrequenz f _s der Oszillatorschaltung 15 zwangsläufig, weil sie nur noch durch den einen verbleibenden Sender-Schwingkreis 5.1, 5.2 bestimmt wird. Der eine Sender-Schwingkreis 5.1, 5.2 zieht die Sender ^¬ frequenz f _s außerhalb des vorgegebenen Bereichs, da die Sen ^¬ derfrequenz f _s jetzt der Resonanzfrequenz f _r des verbleibenden Sender-Schwingkreises 5.1, 5.2 entspricht. Diese Verände ^¬ rung der Senderfrequenz f _s außerhalb des vorgegebenen Be- reichs wird durch die Überwachungseinrichtung 7 erkannt und das entsprechende Warnsignal zeigt den Fehler der Senderein ^¬ richtung 2 an. Das Warnsignal kann beispielsweise an eine nicht dargestellte Leitstelle der eisenbahntechnischen Anlage übermittelt werden, die entsprechende Maßnahmen veranlasst.

Durch den von der Oszillatorschaltung 15 der Sendereinrichtung 2 erzeugten Wechselstrom wird ein Magnetfeld erzeugt, das in den Empfänger-Schwingkreisen 13.1, 13.2 der Empfängereinrichtung 3 durch die magnetische Kopplung 16 einen Strom induziert. Ein entlang der Schiene 4 vorbeifahrendes Objekt, beispielsweise das Rad eines Schienenfahrzeugs, beeinflusst diese magnetische Kopplung 16, so dass die Magnetfeldänderung empfängerseitig von der nicht dargestellten Auswerteeinrichtung der Empfängereinrichtung 3 detektiert werden kann.

Die Sendereinrichtung 2 und die Empfängereinrichtung 3 sind in der beispielhaften Ausführungsform der Figur jeweils mit zwei Sender-Schwingkreisen 5.1, 5.2 und zwei Empfänger- Schwingkreisen 13.1, 13.2 ausgebildet. Daher wird die Sensor- einrichtung 1 auch als zweikanalig bezeichnet, wobei jeder Sender-Schwingkreis 5.1, 5.2 bzw. Empfänger-Schwingkreis 13.1, 13.2 jeweils einen Kanal ausbildet. Die erfindungsgemä- ße Sendereinrichtung 2 in der Figur weist zwei Kanäle auf, könnte aber selbstverständlich auch mehr Kanäle aufweisen.