CH709817A1 - Schutzvorrichtung für eine optische Sensoreinrichtung für Schienenfahrzeuge. - Google Patents

Abstract

Eine Schutzvorrichtung für eine optische Sensoreinrichtung für Schienenfahrzeuge umfasst ein röhrenartiges Gehäuse mit einem Basisteil (22a) und einem trichterartigen Frontteil (22b), wobei der trichterartige Frontteil (22b) einen Aussenkonus umfasst, dessen Aussenquerschnitt sich in Richtung einer Frontöffnung vergrössert und wobei in einem vorderen Abschnitt des Aussenkonus dessen Ausdehnung in einer ersten Ebene senkrecht zu einer Rohrachse des Gehäuses maximal ist und grösser als in einer zweiten Ebene, welche zur ersten Ebene senkrecht steht. Die Schutzvorrichtung umfasst weiter ein Innenrohr (21) mit kreisringförmigem Querschnitt, welches mindestens in einem vorderen Bereich vom Aussenkonus umschlossen ist.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine optische Sensoreinrichtung für Schienenfahrzeuge, umfassend ein röhrenartiges Gehäuse mit einem Basisteil und einem trichterartigen Frontteil, wobei der trichterartige Frontteil einen Aussenkonus umfasst, dessen Aussenquerschnitt sich in Richtung einer Frontöffnung vergrössert und wobei in einem vorderen Abschnitt des Aussenkonus dessen Ausdehnung in einer ersten Ebene senkrecht zu einer Rohrachse des Gehäuses maximal ist und grösser als in einer zweiten Ebene, welche zur ersten Ebene senkrecht steht. Die Erfindung betrifft weiter eine optische Sensoreinrichtung mit einer solchen Schutzvorrichtung und ein Schienenfahrzeug mit einer derartigen optischen Sensoreinrichtung.

Stand der Technik

[0002] Es ist bekannt, optische Sensoren einzusetzen, um die Geschwindigkeit von Schienenfahrzeugen gegenüber der Schiene zu bestimmen. Dazu wird ein Sensor derart am Schienenfahrzeug angebracht, dass er von der Schiene zurückgeworfene Lichtstrahlen (im sichtbaren, Infrarot- und/oder UV-Bereich) erfassen kann. Üblicherweise ist eine ebenfalls am Schienenfahrzeug angeordnete Lichtquelle vorhanden, welche den vom Sensor erfassten Abschnitt der Schiene, insbesondere die Lauffläche, mit geeignetem Licht beleuchtet. Der Sensor und die Lichtquelle sind üblicherweise durch ein Schutzglas bzw. zwei gesonderte Schutzgläser vor Umgebungseinwirkungen geschützt.

[0003] Das vom Sensor erfasste optische Signal wird umgewandelt und in einer nachfolgenden Stufe ausgewertet. Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um ausgehend vom optischen Signal die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs zu ermitteln.

[0004] Unabhängig vom verwendeten Verfahren besteht dabei immer das Problem, dass das Schutzglas verschmutzen kann, wodurch die Transmission der ausgesandten und von der Schiene reflektierten Lichtstrahlen reduziert wird. Dies führt zu einem schwächeren Sensorsignal und damit zu einem schlechteren Signal-Rausch-Verhältnis. Bei starker Verschmutzung kann die Transmission derart reduziert sein, dass das Signal gar nicht mehr feststellbar ist. Je nach Art der Weiterverarbeitung kann eine Verschmutzung des Schutzglases die Erfassung der reflektierten Lichtstrahlen nicht nur quantitativ, sondern auch hinsichtlich der Bildqualität beeinträchtigen.

[0005] Aufgrund der Anbringung der optischen Sensoren an der Unterseite des Schienenfahrzeugs ist eine Reinigung des Schutzglases aufwendig. Es wird deshalb ein möglichst langes Reinigungsintervall angestrebt. Entsprechend soll eine Verschmutzung des Sensors nach Möglichkeit von vornherein vermieden werden. Zu diesem Zweck sind Schutzvorrichtungen bekannt, die zwischen dem Schutzglas und der Schiene angeordnet sind. Sie umfassen ein röhrenartiges Gehäuse mit einem dem Sensor zugewandten Basisteil und einem der Schiene zugewandten trichterartigen Frontteil. Als röhrenartiges Gehäuse wird im vorliegenden Zusammenhang ein im Wesentlichen formstabiles Gebilde verstanden, welches eine durchgängige Öffnung aufweist, durch welche Lichtstrahlen zwischen Schiene und Sensor (und ggf. zwischen Lichtquelle und Schiene) passieren können.

[0006] Bei der Dimensionierung des Gehäuses ist zu beachten, dass ein längeres Gehäuse das Schutzglas des Sensors in der Regel besser vor einer Verschmutzung schützt als ein kürzeres. Gleichzeitig werden aber auch die möglichen Strahlengänge für die Lichtstrahlen eingeschränkt, so dass längere Gehäuse bzw. zumindest deren trichterartiger Frontteil mit grösserem Querschnitt ausgeführt werden müssen als kurze Gehäuse. Ferner ist zu beachten, dass in der Regel ein besseres Signal erhalten werden kann, wenn sich der Sensor nahe an der Schiene befindet, das Gehäuse muss aber – wie alle auf der Unterseite des Schienenfahrzeugs angeordneten Komponenten – einen vorgeschriebenen Mindestabstand zur Schiene haben, es darf in ein gewisses Lichtraumprofil oberhalb der Schiene nicht eingreifen. Ferner dürfen sich die Gehäuse auch in seitlicher Richtung nicht über ein vorgeschriebenes Mass hinaus erstrecken. Diese Erfordernisse sprechen tendenziell für kurze Gehäuse, die wiederum eine schlechtere Wirkung gegen Verschmutzungen des Schutzglases haben.

[0007] Die bekannten Schutzvorrichtungen stellen somit stets einen Kompromiss zwischen einer guten Schutzwirkung vor Verschmutzung und einer hohen erzielbaren Signalqualität dar.

[0008] Das deutsche Gebrauchsmuster Nr. 20 2013 100 973 U1 der vorliegenden Anmelderin schlägt vor, die Schutzvorrichtung nicht kreissymmetrisch sondern so auszubilden, dass im Bereich eines maximalen Aussenquerschnitts ihres Gehäuses in einer Ebene senkrecht zu einer Rohrachse des Gehäuses eine erste Ausdehnung grösser ist als eine zweite Ausdehnung, welche zur ersten Ausdehnung senkrecht steht. Es hat sich gezeigt, dass diese Anordnung im Vergleich zu vorbekannten Anordnungen eine gute Signalqualität bei verbessertem Schutz gegen Verschmutzungen des Schutzglases ermöglicht.

[0009] Nichtsdestotrotz besteht weiterhin der Wunsch nach einer zusätzlichen Verbesserung des Schutzes gegen Verschmutzungen.

Darstellung der Erfindung

[0010] Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Schutzvorrichtung zu schaffen, welche eine weiter verbesserte Schutzwirkung vor Verschmutzung bei hoher Signalqualität ermöglicht.

[0011] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst die Schutzvorrichtung ein Innenrohr mit kreisringförmigem Querschnitt, welches mindestens in einem vorderen Bereich vom Aussenkonus umschlossen ist.

[0012] Als Rohrachse wird im vorliegenden Zusammenhang eine Symmetrieachse oder zentrale Achse durch die Öffnung des Gehäuses verstanden. Als «Aussenkonus» wird vorliegend ein rohrartiger Hohlkörper verstanden, dessen Querschnitt sich in Richtung der Frontöffnung monoton vergrössert. Der Querschnitt kann beispielsweise die Form einer Ellipse (mit sich vergrössernder Haupt- und gegebenenfalls Nebenachse) aufweisen, die Querschnittsform kann aber auch zugespitzt sein oder die Form eines Polygons, z.B. eines Sechsecks (mit Vorteil mit abgerundeten Ecken) aufweisen. Der Aussenkonus kann hinter dem vorderen Abschnitt einen hinteren Abschnitt aufweisen, in welchem die Ausdehnung sowohl in der ersten als auch in der zweiten Ebene gleich gross ist, es ist aber auch möglich, dass die Ausdehnung in der ersten Ebene stets grösser ist als in der zweiten Ebene.

[0013] Der Durchmesser des Innenrohrs muss entlang von dessen axialer Ausdehnung nicht konstant sein, in der Regel wird aber in jeder Ebene senkrecht zur Rohrachse die Ausdehnung des Innenrohrs in der ersten Ebene mit seiner Ausdehnung in der zweiten Ebene übereinstimmen.

[0014] Im Folgenden bezeichnet «vorne» die Lage der Frontöffnung entlang der Rohrachse, während die optische Sensoreinrichtung, namentlich das Sensorgehäuse einer optischen Sensoreinrichtung, «hinten» angebracht wird.

[0015] Das Gehäuse umfasst somit in einem vorderen Bereich einen nicht kreissymmetrischen Aussenkonus, welcher ein kreissymmetrisches Innenrohr umschliesst. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Kombination eine gegenüber bekannten Geometrien weiter verbesserte Schutzwirkung gegen das Verschmutzen des Schutzglases erreicht werden kann. Eine gute Abschirmung des Messfelds von durch den Luftstrom transportierten Schmutz-, Staub-, Regen- und Schneepartikeln garantiert eine eindeutige und zuverlässige Geschwindigkeitsmessung mittels der optischen Sensoreinrichtung.

[0016] Eine optische Sensoreinrichtung für Schienenfahrzeuge, welche von der Lehre der Erfindung Gebrauch macht, umfasst also ein Sensorgehäuse und mindestens eine solche Schutzvorrichtung, welche am Sensorgehäuse befestigt ist. Darunter fallen auch Sensoreinrichtungen, bei welchen das Gehäuse für den Sensor (und ggf. die Beleuchtung) einstückig mit der Schutzvorrichtung ausgebildet ist.

[0017] Die Sensoreinrichtung ist nun mit Vorteil derart am Schienenfahrzeug und die Schutzvorrichtung derart an der Sensoreinrichtung angebracht, dass sich die erste Ebene im Wesentlichen senkrecht zu einer Radachse von Laufrädern des Schienenfahrzeugs erstreckt, also im Betrieb des Schienenfahrzeugs im Wesentlichen parallel zur Schiene (d. h. in Fahrtrichtung). Durch die erfindungsgemässe Geometrie wird also der Platzbedarf in Querrichtung reduziert, ohne dass der Strahlengang in Längsrichtung beschränkt wird. Die Lichtquelle und der Sensor lassen sich somit in Fahrtrichtung hintereinander anordnen, und der Strahlengang verläuft im Wesentlichen in einer Vertikalebene parallel zur Schiene.

[0018] Es hat sich gezeigt, dass die Kombination eines kreissymmetrischen Innenrohrs mit einem asymmetrischen Aussenkonus eine gute Signalqualität ermöglicht, aufgrund der erfindungsgemässen Geometrie ist gleichzeitig auch ein guter Schutz gegen Verschmutzungen des Schutzglases gegeben.

[0019] Bevorzugt beträgt die erste Ausdehnung mindestens das 1.2-fache der zweiten Ausdehnung, bevorzugt mindestens das 1.33-fache. Es hat sich gezeigt, dass eine entsprechende Geometrie die Erfordernisse hinsichtlich der mechanischen Stabilität des Gehäuses, der Reduktion des Platzbedarfs in der schmaleren Richtung und der Erfassung der reflektierten Strahlung zu erfüllen vermag.

[0020] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Ausdehnung des Aussenkonus in der zweiten Ebene entlang einer axialen Ausdehnung des Aussenkonus im Wesentlichen konstant. Ausgehend vom hinteren Ende des Aussenkonus erweitert sich dieser also nur in der ersten Ebene und daran angrenzenden Winkelbereichen, während der Querschnitt in der zweiten Ebene im Wesentlichen konstant bleibt. «Im Wesentlichen konstant» bedeutet insbesondere, dass der absolute Zuwachs der Ausdehnung in der zweiten Ebene höchstens 20 % des absoluten Zuwachses der der Ausdehnung in der ersten Ebene beträgt. Besonders bevorzugt bleibt die Ausdehnung in der zweiten Ebene bis auf Fertigungstoleranzen konstant.

[0021] Es sind andere Ausführungsformen denkbar, bei welchen sich auch die Ausdehnung in der zweiten Ebene in Richtung der Frontöffnung substanziell vergrössert. Dabei ist die Vergrösserung geringer als in der ersten Ebene und/oder der Aussenkonus weist bereits an seinem hinteren Ende eine asymmetrische Form auf.

[0022] Bevorzugt umfasst das Innenrohr einen vorderen Abschnitt, in welchem sich ein Querschnitt des Innenrohrs in Richtung Frontöffnung verringert. Das Innenrohr und der Aussenkonus schliessen somit einen sich in Richtung der Frontöffnung erweiternden Raum ein. Ist die Ausdehnung des Aussenkonus in axialer Richtung im Bereich der zweiten Ebene im Wesentlichen konstant, ändert sich die Form des eingeschlossenen Raums in axialer Richtung. Sie ist im Bereich des hinteren Endes des Aussenkonus beispielsweise ungefähr kreisringförmig und weist im Bereich der Frontöffnung einen in der ersten Ebene und in angrenzenden Winkelbereichen stark erweiterten Bereich auf.

[0023] Bevorzugt beträgt im Bereich des vorderen Abschnitts in einem axialen Querschnitt in der ersten Ebene ein Winkel zwischen Innenrohr und Aussenkonus 15–35°, bevorzugt 18–28°. Bevorzugt weisen sowohl das Innenrohr als auch der Aussenkonus bezogen auf die Rohrachse einen konstanten Winkel auf, so dass der Winkel über den gesamten Frontteil konstant ist. Der Winkel zwischen Rohrachse und Aussenkonus ist dabei bevorzugt grösser als der Winkel zwischen Rohrachse und Innenrohr. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen Rohrachse und Aussenkonus beispielsweise 10–22°, der Winkel zwischen Rohrachse und Innenrohr 5–12°.

[0024] Andere Winkel sind möglich, insbesondere können kleinere Winkel gewählt werden, wenn die axiale Ausdehnung sowohl des Innenrohrs als auch des Aussenkonus besonders lang gewählt wird.

[0025] Mit Vorteil ist das Innenrohr aus einem Metallblech gefertigt. Als Material kommen beispielsweise Aluminium, eine Aluminiumlegierung wie AlMgSi1 oder rostfreier Stahl in Frage. Es hat sich gezeigt, dass diese Materialwahl einen strömungstechnisch günstigen und dauerhaften Aufbau ermöglicht und zwar auch bei den verhältnismässig starken mechanischen Einflüssen wie sie beispielsweise durch das Anhaften von Schnee erzeugt werden.

[0026] Alternativ ist das Innenrohr durch ein anderes Material gebildet, z.B. einen geeigneten Kunststoff. Es kann auch einstückig mit dem Aussenkonus ausgebildet sein.

[0027] Es hat sich gezeigt, dass sich besonders gute schmutzabweisende Eigenschaften ergeben, wenn eine durch eine Frontöffnung des Innenrohrs gebildete Ebene in axialer Richtung hinter eine durch die Frontöffnung des Aussenkonus gebildete Ebene zurückversetzt ist. Der Versatz beträgt mit Vorteil 2–30 mm, bevorzugt 5–20 mm.

[0028] Alternativ kann das vordere, der Frontöffnung zugewandte Ende des Innenrohrs in derselben Ebene liegen wie das vordere Ende des Aussenkonus oder gar über diesen hervortreten.

[0029] Mit Vorteil ist der Aussenkonus aus einem flexiblen Material, insbesondere aus einem Elastomer, gefertigt. Geeignet ist beispielsweise ein Synthesekautschuk wie Chloropren-Kautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), die Härte beträgt beispielsweise zwischen 60 und 80 Shore A. Ein aus einem solchen Material gefertigter Aussenkonus ist im Wesentlichen formstabil, kann sich aber bei einer mechanischen Einwirkung verformen und kehrt nach dem Ende der mechanischen Einwirkung wieder in seine ursprüngliche Form zurück. Durch Einsatz geeigneter Elastomere lässt sich der Aussenkonus mit geringem Gewicht ausbilden, er ist zudem wenig anfällig auf Umwelteinflüsse wie Frost oder Feuchtigkeit. Je nach geltenden Vorschriften ist es zudem möglich, dass an der Schienenfahrzeugunterseite angeordnete flexible Elemente einen geringeren Abstand zur Schiene einnehmen dürfen als solche aus starren Materialien, dass also durch den Einsatz eines flexiblen Aussenkonus der Abstand der Frontöffnung von der Schiene reduziert werden kann. Dies reduziert zum Einen die Einwirkung von Streulicht, zum Anderen kann der Sensor bei gleichem Schutz vor Verschmutzungen des Schutzglases näher an der Schiene platziert werden, was wie oben ausgeführt ein besseres Signal ermöglicht.

[0030] Bevorzugt umfasst der Aussenkonus im Bereich der Frontöffnung eine Verstärkung. Diese kann durch eine Vergrösserung des Materialquerschnitts, z.B. durch einen Wulst, oder einen Ring aus einem formstabilen Material, z.B. einem Metall, ausgebildet sein. Die Verstärkung verbessert die mechanische Stabilität des Gehäuses, insbesondere bei mechanischen Einflüssen wie sie beispielsweise durch das Anhaften von Schnee erzeugt werden. Wenn das Gehäuse ansonsten aus einem flexiblen Material gefertigt ist, behindert sie aber die an sich gewünschte Verformbarkeit bei externen Einwirkungen kaum.

[0031] Mit Vorteil ist der Aussenkonus an einem auf das Innenrohr aufschiebbaren Element ausgebildet. Das Innenrohr dient so als Träger für den Aussenkonus, wodurch sich eine einfache und stabile Konstruktion ergibt. Der Aussenkonus ist zudem bei Bedarf (z.B. zu Reinigungszwecken oder zum Ersatz) einfach von der Schutzvorrichtung entfernbar. Bevorzugt umfassen sowohl das Innenrohr als auch der Aussenkonus einen kreiszylindrischen Abschnitt, wobei der Innendurchmesser des Abschnitts des Aussenkonus dem Aussendurchmesser des Abschnitts des Innenrohrs im Wesentlichen entspricht, so dass die beiden Abschnitte miteinander zusammenwirken können. Durch die überlappende Anordnung des Innenrohrs und des daran befestigten Aussenkonus ergibt sich eine gute Abdichtung gegen Umwelteinflüsse.

[0032] Bevorzugt ist eine Geometrie des Innenrohrs und des aufschiebbaren Elements derart ausgebildet, dass sich eine axiale Position des aufschiebbaren Elements in Bezug auf das Innenrohr verstellen lässt. Die Länge der kreiszylindrischen Abschnitte ist beispielsweise so, dass sich ein Verstellweg von einigen mm bis einigen cm ergibt. Dies ermöglicht eine einfache Anpassung der optischen Sensoreinrichtung an das jeweilige Schienenfahrzeug. Durch das Verschieben des Aussenkonus ergibt sich zudem ein unterschiedlicher Versatz des Innenrohrs in Bezug auf die Frontöffnung des Aussenkonus, so dass die Verstellung auch zur Optimierung der schmutzabweisenden Wirkung herangezogen werden kann.

[0033] Vorzugsweise umfasst die Schutzvorrichtung ein umlaufendes Spannelement, welches einen auf das Innenrohr aufgeschobenen Bereich des aufschiebbaren Elements umschliesst und zur Fixierung des Elements am Innenrohr spannbar ist. Das Spannelement ist beispielsweise in der Art einer Schlauchschelle ausgebildet. Es ermöglicht eine einfache, sichere und flexible Verbindung zwischen Aussenkonus und Innenrohr.

[0034] Alternativ wird der Aussenkonus nicht auf das Innenrohr aufgeschoben, sondern beispielsweise unabhängig von diesem mantel- oder stirnseitig am Sensorgehäuse befestigt.

[0035] Bevorzugt umschliessen bei am Sensorgehäuse angebrachter Schutzvorrichtung ein Schutzglas des Sensorgehäuses und das Innenrohr ein erstes Volumen, welches ebenfalls in die Frontöffnung mündet. Das Innenrohr und der Aussenkonus umschliessen ferner ein zweites Volumen, welches in die Frontöffnung mündet. Dabei sind das erste Volumen und das zweite Volumen ausser im Bereich der Frontöffnung gegeneinander abgeschlossen. Dies bedeutet, dass keine nennenswerte Strömung zwischen dem ersten und dem zweiten Volumen entstehen kann, ein nahtloser, luftdichter Abschluss ist nicht notwendig.

[0036] Das zweite Volumen erzeugt beim Betrieb des Schienenfahrzeugs eine Luftströmung, welche ein Eindringen von Schmutzpartikeln, Schmutzwasser oder Schnee in das erste Volumen und damit in den Bereich des Schutzglases verhindert.

[0037] Das Innenrohr ist bevorzugt fest und abgedichtet am Sensorgehäuse der Sensoreinrichtung befestigt oder mit diesem einstückig ausgebildet. So ist auch bei minimalen Innenrohrdimensionen, welche eng an das Mess- und Beleuchtungsfeld angepasst sind, sichergestellt, dass keine Abschattung des Sensors stattfindet. Das Innenrohr ist aus demselben Grund mit Vorteil aus einem starren Material hergestellt, z.B. einer Aluminiumlegierung wie AlMgSi1.

[0038] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform umfasst in Kombination: <tb>a)<SEP>ein Innenrohr mit einem hinteren kreiszylindrischen Abschnitt und einem vorderen, sich in Richtung zur Frontöffnung verengenden Abschnitt; <tb>b)<SEP>einen Aussenkonus mit einem hinteren kreiszylindrischen Abschnitt und einem vorderen Abschnitt, in welchem sich der Querschnitt in an die erste Ebene angrenzenden Bereichen erweitert, wobei der Querschnitt in an die zweite Ebene angrenzenden Bereichen konstant bleibt; <tb>wobei der Aussenkonus mit seinem kreiszylindrischen Abschnitt auf den kreiszylindrischen Abschnitt des Innenrohrs aufgeschoben ist.

[0039] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0040] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>Ein Schrägbild einer Sensoreinrichtung mit einer erfindungsgemässen Schutzvorrichtung und einem erfassten Schienenabschnitt; <tb>Fig. 2A , B<SEP>vertikale Querschnitte durch die Sensoreinrichtung entlang der Haupt- und der Nebenachse; <tb>Fig. 3<SEP>ein Schrägbild des Mantelstücks der Schutzvorrichtung; und <tb>Fig. 4<SEP>eine Ansicht des Mantelstücks von vorne.

[0041] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0042] Die Fig. 1 ist ein Schrägbild einer Sensoreinrichtung mit einer erfindungsgemässen Schutzvorrichtung und einem erfassten Schienenabschnitt. Die Sensoreinrichtung 1 umfasst ein Sensorgehäuse 10, an welchem die erfindungsgemässe Schutzvorrichtung 20 befestigt ist. Die Schutzvorrichtung 20 umfasst ein Gehäuse mit einem Aussenkonus mit länglichem Querschnitt. Die Sensoreinrichtung 1 ist derart am Schienenfahrzeug befestigt, dass die Hauptachse des Aussenkonus, d. h. die Ebene der grossen Ausdehnung, im Wesentlichen parallel ist zu einer Hauptausdehnung der erfassten Schiene 30.

[0043] Die Fig. 2A und 2B zeigen vertikale Querschnitte durch die Sensoreinrichtung entlang der Haupt- und der Nebenachse. Das Sensorgehäuse 10 aus Aluminiumguss umfasst einen Hauptteil 11 mit einem kreisförmigen Querschnitt. An dessen hinteren, d. h. der Schiene 30 abgewandten Ende ist ein Deckel 12 angeordnet, in welchem der Sensor 13 befestigt ist. Der Sensor 13 ist mit einer Buchse 14 an der Deckelaussenseite verbunden. Die Sensoreinrichtung 1 lässt sich mit Befestigungsklemmen 15a, 15b an geeigneten Halteeinrichtungen des Schienenfahrzeugs befestigen. Nach vorne, d. h. in Richtung der erfassten Schiene 30 an den Hauptteil 11 des Sensorgehäuses 10 anschliessend ist ein Aufnahmeteil 16 gebildet. Dieser hat einen elliptischen Querschnitt, wobei eine Grenzfläche des Hauptteils 11 unmittelbar und gerade in die Grenzfläche des Aufnahmeteils 16 übergeht, während sich diametral entgegengesetzt der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts des Hauptteils 11 über einen konischen Übergangsabschnitt zur Hauptachse des elliptischen Querschnitts des Aufnahmeteils 16 erweitert. Der Hauptteil 11 ist also bezüglich des Aufnahmeteils 16 exzentrisch angeordnet.

[0044] Im gegenüber dem Hauptteil 11 erweiterten Abschnitt des Aufnahmeteils 16 ist eine Lichtquelle 17 aufgenommen. Diese ist schräg, anliegend an den konischen Übergangsabschnitt, im Aufnahmeteil 16 befestigt, so dass von ihr ausgesandtes Licht in einem vorgegebenen Winkel auf die Lauffläche des Kopfs der Schiene 30 trifft, der Lichtkegel 40 ist in der Fig. 1 angedeutet. Die Mündung des Aufnahmeteils 16 wird durch einen Abschnitt mit der Geometrie eines Zylinders mit elliptischer Grundfläche gebildet.

[0045] Im Bereich der Mündung des Aufnahmeteils 16 ist ein Schutzglas 18 aus Borosilikatglas befestigt. Das Schutzglas 18 stützt sich über je einen elliptischen O-Ring an der hinteren Seite an einem in den Aufnahmeteil 16 eingeschobenen ellptischen Einsatz 16a und an der vorderen Seite an einem Übergangsstück 19 aus Aluminiumguss ab. Das Übergangsstück 19 ist durch mehrere umlaufend angeordnete, axial verlaufende Schrauben mit der Stirnseite des Aufnahmeteils 16 verschraubt und schliesst mit dem Schutzglas 18 das Sensorgehäuse 10 nach vorne ab. Der Aussenquerschnitt des Übergangsstücks 19 entspricht im hinteren Abschnitt dem der Mündung benachbarten Innenquerschnitt des Aufnahmeteils 16. Im vorderen Abschnitt ist die Form des Übergangsstücks 19 kreiszylindrisch.

[0046] In diesen vorderen Abschnitt des Übergangsstücks 19 ist das Innenrohr 21 der Schutzvorrichtung 20 eingeschoben. Das Innenrohr 21 ist aus Aluminiumblech gefertigt. Es ist mittels dreier gleichmässig über den Umfang verteilter radialer Schrauben 21c am Übergangsstück 19 fixiert und stützt sich über einen Kragen 21 d an der Stirnseite des Übergangsstücks 19 ab. Das Innenrohr 21 setzt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem kreiszylindrischen hinteren Rohrabschnitt 21a und einem damit verschraubten konischen vorderen Rohrabschnitt 21b zusammen.

[0047] Auf das Innenrohr 21 ist ein Mantelstück 22 aufgeschoben. Dieses weist einen kreiszylindrischen hinteren Teil 22a sowie einen asymmetrisch konischen vorderen Teil 22b auf. Der Innenquerschnitt des kreiszylindrischen hinteren Teils 22a entspricht im Wesentlichen dem Aussenquerschnitt des kreiszylindrischen hinteren Rohrabschnitt 21a des Innenrohrs 21. Die entsprechenden Abschnitte lassen sich somit passend zusammenfügen, so dass das Mantelstück 22 auf dem Innenrohr 21 in axialer Richtung verschieblich gehalten ist.

[0048] Der Querschnitt des asymmetrisch konischen Teils erweitert sich in einer ersten vertikalen Ebene (siehe Fig. 2A ), bleibt aber in einer dazu senkrechten zweiten vertikalen Ebene konstant (siehe Fig. 2B ). Es ergibt sich im Bereich der vorderen Öffnung – wie in der Fig. 4 gut ersichtlich – ein asymmetrischer, länglicher Querschnitt. Zwischen dem Innenrohr 21 und dem Mantelstück 22 ist ein Zwischenraum 23 ausgespart. Aufgrund des sich in Richtung der Mündung der Schutzvorrichtung 20 verengenden Innenrohrs 21 umläuft dieser Zwischenraum 23 das gesamte Innenrohr 21, sein Querschnitt erweitert sich jedoch in den an die erste Ebene angrenzenden Bereichen. Im Betrieb wird das Mantelstück 22 bevorzugt in eine axiale Stellung relativ zum Innenrohr 21 gebracht, in welcher es über das Innenrohr 21 hinaus ragt. Es hat sich gezeigt, dass sich aufgrund der sich daraus ergebenden Strömungsverhältnisse die Verschmutzung des Schutzglases reduzieren lässt.

[0049] Das Mantelstück 22 lässt sich mit einer Spannvorrichtung in der Art einer an sich bekannten Schlauchschelle an der gewünschten Position auf dem Innenrohr 21 fixieren.

[0050] Das Mantelstück der Schutzvorrichtung ist in den Fig. 3 und 4 genauer dargestellt: Die Fig. 3 ist ein Schrägbild des Mantelstücks, die Fig. 4 zeigt eine Ansicht des Mantelstücks 22 von vorne, d. h. von der Mündungsöffnung her.

[0051] Das Mantelstück 22 ist einstückig aus Chloropren-Kautschuk mit einer Härte von 67 Shore A gefertigt. Es umfasst den erwähnten kreiszylindrischen hinteren Teil 22a sowie den asymmetrisch konischen vorderen Teil 22b. An seiner freien Stirnseite ist der vordere Teil 22b mit einem Wulst versehen. Während das Mantelstück 22 eine gewisse Flexibilität aufweist, stellt der Wulst sicher, dass die Form der Mündung des Mantelstücks 22 auch bei einwirkenden Kräften (z.B. durch anhaftenden Schnee usw.) erhalten bleibt bzw. das Mantelstück 22 nach einer temporären Verformung in seine vorgegebene Form zurückkehrt.

[0052] Der kreiszylindrische hintere Teil 22a hat einen Aussendurchmesser von 102 mm. Entlang der zweiten Ebene (der Nebenebene) ist der Querschnitt des Mantelstücks 22 im Wesentlichen konstant, der Aussendurchmesser vergrössert sich lediglich aufgrund des Wulstes auf 110 mm. In der ersten Ebene (der Hauptebene) erweitert sich der Querschnitt ausgehend von ungefähr der Hälfte der axialen Länge des Mantelstücks 22. Der Aussendurchmesser beträgt am vorderen Ende (inkl. Wulst) 155 mm.

[0053] Demgegenüber verringert sich der Durchmesser des kreiszylindrischen Innenrohrs im vorderen Rohrabschnitt 21b. Es ergibt sich in der ersten Ebene ein Winkel zwischen der Aussenwand des vorderen Rohrabschnitts 21b und der Innenwand des Mantelstücks 22 von ca. 23°.

[0054] Das Mantelstück 22 räumt allfällige Schneemassen aus dem Messbereich und verhindert, dass Steine, Eis- oder Dreckpartikel direkt an das Innenrohr 21 treffen oder an diesem haften bleiben. Die Strömung des Fahrtwindes wird im Bereich der Kante des Mantelstücks 22 gebrochen. Es bildet sich ferner eine wirbelartige Luftströmung im Volumen, welches zwischen dem Mantelstück und dem Innenrohr eingeschlossen ist. Diese Luftströmung verhindert ein direktes Eindringen von Schmutz in das Innenrohr 21 und sorgt dafür, dass einströmende Partikel sich mehrheitlich in diesem Bereich an die Innenwand des Mantelstücks 22 absetzen. Der verringerte Öffnungsquerschnitt des Innenrohrs 21 erschwert zusätzlich das Vordringen von Schmutz zum Sensorglas.

[0055] Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann die Schutzvorrichtung auch in Kombination mit anders gestalteten oder aufgebauten Sensorgehäusen eingesetzt werden. Die Geometrie der Schutzvorrichtung kann sich ebenfalls von derjenigen des Ausführungsbeispiels unterscheiden. So können insbesondere der Innen- und der Aussenkonus eine andere Querschnittform aufweisen, und die Längenverhältnisse können anders gewählt sein. Dasselbe gilt für die beispielhaft angegebenen absoluten Grössenangaben.

[0056] Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die Erfindung eine Schutzvorrichtung für eine optische Sensoreinrichtung für Schienenfahrzeuge geschaffen wird, welche eine gute Schutzwirkung vor Verschmutzung bei hoher Signalqualität ermöglicht.

Claims (14)

1. Schutzvorrichtung für eine optische Sensoreinrichtung für Schienenfahrzeuge, umfassend ein röhrenartiges Gehäuse mit einem Basisteil und einem trichterartigen Frontteil, wobei der trichterartige Frontteil einen Aussenkonus umfasst, dessen Aussenquerschnitt sich in Richtung einer Frontöffnung vergrössert und wobei in einem vorderen Abschnitt des Aussenkonus dessen Ausdehnung in einer ersten Ebene senkrecht zu einer Rohrachse des Gehäuses maximal ist und grösser als in einer zweiten Ebene, welche zur ersten Ebene senkrecht steht, gekennzeichnet durch ein Innenrohr mit kreisringförmigem Querschnitt, welches mindestens in einem vorderen Bereich vom Aussenkonus umschlossen ist.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung in der ersten Ebene mindestens das 1.2-fache der Ausdehnung in der zweiten Ebene beträgt, bevorzugt mindestens das 1.33-fache.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausdehnung des Aussenkonus in der zweiten Ebene entlang einer axialen Ausdehnung des Aussenkonus im Wesentlichen konstant ist.

4. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr einen vorderen Abschnitt umfasst, in welchem sich ein Querschnitt des Innenrohrs in Richtung Frontöffnung verringert.

5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des vorderen Abschnitts in einem axialen Querschnitt in der ersten Ebene ein Winkel zwischen Innenrohr und Aussenkonus 15–35°, bevorzugt 18–28°, beträgt.

6. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr aus einem Metallblech gefertigt ist.

7. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch eine Frontöffnung des Innenrohrs gebildete Ebene in axialer Richtung hinter eine durch die Frontöffnung des Aussenkonus gebildete Ebene zurückversetzt ist.

8. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenkonus aus einem flexiblen Material, insbesondere aus einem Elastomer, gefertigt ist.

9. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenkonus an einem auf das Innenrohr aufschiebbaren Element ausgebildet ist.

10. Schutzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geometrie des Innenrohrs und des aufschiebbaren Elements derart ausgebildet ist, dass sich eine axiale Position des aufschiebbaren Elements in Bezug auf das Innenrohr verstellen lässt.

11. Schutzvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein umlaufendes Spannelement, welches einen auf das Innenrohr aufgeschobenen Bereich des aufschiebbaren Elements umschliesst und zur Fixierung des Elements am Innenrohr spannbar ist.

12. Optische Sensoreinrichtung für Schienenfahrzeuge, umfassend ein Sensorgehäuse und mindestens eine Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, welche am Sensorgehäuse befestigt ist.

13. Sensoreinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei am Sensorgehäuse angebrachter Schutzvorrichtung ein Schutzglas des Sensorgehäuses und das Innenrohr ein erstes Volumen umschliessen, welches in die Frontöffnung mündet und dass das Innenrohr und der Aussenkonus ein zweites Volumen umschliessen, welches in die Frontöffnung mündet, wobei das erste Volumen und das zweite Volumen ausser im Bereich der Frontöffnung gegeneinander abgeschlossen sind.

14. Schienenfahrzeug mit einer Sensoreinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung derart am Schienenfahrzeug und die Schutzvorrichtung derart an der Sensoreinrichtung angebracht sind, dass sich die erste Ebene im Wesentlichen senkrecht zu einer Radachse von Laufrädern des Schienenfahrzeugs erstreckt.