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Schienenimpulsgeber Im Eisenbahnsicherungswesen besteht die Aufgabe,
die Befahrung einer Gleisstelle durch den Zug durch Betätigen eines Relais od. dgl.
kenntlich zu machen, wobei aus Sicherheitsgründen die durch den Zug hervorgerufene
Schienendurchbiegung als Kennzeichen für die Befahrung dienen soll. Es sind Einrichtungen
bekannt, in denen die Schienendurchl>iegung den Luftspalt in einem magnetischen
System verändert. Hierdurch ändert sich auch der im System vorhandene magnetische
Induktionsfluß, so claß in einer Spule Spannungen induziert werden, durch die ein
Relais zum Ansprechen gebracht werden kann. Es ist ferner vorgeschlagen worden,
den Induktionsfluß durch einen permanenten Magnet zu erzeugen, und das Verhältnis
vom inneren magnetischen Widerstand des permanenten Magnets zum äußeren magnetischen
Widerstand relativklein, z. K kleiner als 20, zu wählen. Bei den genannten Anordnungen
ist der Anker am Schienenfuß befestigt und nähert sich dem magnetischen System,
wenn die Schiene befahren wird. Da sich in dieser Anordnung bei kleinster Schienendürchbiegung
nur geringe prozentuale Luftspalt- und Flußänderungen ergeben, hat man vorgeschlagen,
die Anordnung so zu treffen, daß sich der Luftspalt in dem magnetischen System vergrößert,
wenn die Schiene durch das Barüberrollende Rad durchgebogen wird. Wenn auch hierdurch
die prozentuale Flußänderung bei kleinster Scliienendurchbiegung vergrößert werden
kann, so ist doch noch der Gesamtfluß ein beträchtliches Vielfaches derjenigen Flußänderung,
die zur Erzeugung der Induktionsspannung ausgenutzt werden kann.
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Allen oben beschriebenen Einrichtungen ist, abgesehen von der Streuung,
die einfache magnetische
lZeilienschaltung der magnetischen Energieduelle.
z. B. des permanenten Magnets, mit dem Kern der Inipulssptile und dem veränderlichen
Luftspalt gemeinsam. Es muß daher auch der relativ große magnetische Gesamtfluß
durch die Spule hindurchgeführt werden. Dies bedingt einen großen Querschnitt des
Spulenkernes und damit auch sehr große äußere Abmessungen der Spule, wodurch das
Gerät unerwiinscht groß und teuer wird.
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Erfindungsgemäß können die Impulsgeber verbessert werden, wenn man
die oben beschriebene Reihenschaltung verläßt und den magnetischen Induktionsfluß
verzweigt durch die wirksamen Teile des Impulsgebers hindurchfährt. Es ergibt sich
dann die Möglichkeit, der Impulsspule eine von eitlem relativ kleinen Wert ausgehende
Flußänderung zuzufiihren, so daß der Querschnitt des Spulenkernes und damit die
äußeren Abmessungen der Spule gering gehalten werden können. Die in dieser Hinsicht
günstigsten Verhältnisse gewinnt man, wenn man das Gerät so einstellt, daß der Fluß
in der Impulsspule bei der kleinsten Schienendurchb egung ebenso groß aber entgegengesetzt
gerichtet ist wie im Ruhezustand der Einrichtung. Der Kern der Impulsspule ]>raucht
dann nur für einen Fluß bemessen zu werden, der gleich der halben mindestens benötigten
Flußänderung ist.
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Der Erfindungsgedanke kann auf verschiedene Arten praktisch ausgeführt
werden. Eine Möglichkeit besteht z. B. darin, die wirksamen Teile in Form einer
Wheatstoneschen Brücke anzuordnen, wobei z. B. zwei nebeneinanderliegende Brückenzweige
durch feste Luftspalte, die beiden anderen 1iriickenzweige durch von der Schienendurchbiegung
abhängige Luftspalte und der Indikatorzweig durch die Impulsspule dargestellt werden
können. Da eine derartige Brückenschaltung verhältnismäßig vielteilig ist, wird
es meist zweckmäßiger sein, stattdessen eine Kompensationsschaltung zu wählen.
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Eine derartige Schaltung erhält man, wenn man die magnetische Energiequelle
in zwei Teile zerlegt und diese Teile so anordnet, daß sich ihre magnetischen Induktionsflüsse
in der Impulsspule entgegenwirken. Man kann hierbei die beiden Energiequellen und
die Impulsspule magnetisch in Reihe schalten, wobei dann zu einer der beiden Energiequellen
der mit der Schienendurchbiegung veränderliche Luftspalt parallel liegt. Übersichtlicher
und im Aufbau einfacher ist aber meist eine Anordnung, bei der die beiden magnetischen
Energiequellen in Parallelschaltung auf die Impulsspulen arbeiten. Besonders zweckmäßig
ist es, die beideci Energiequellen einander gleich zu machen, weil sich dann ein
vollkommen symmetrischer Aufbau des Gerätes ergibt.
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In den Fig. i und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher
erläutert. Beide Beispiele beziehen sich auf Anordnungen, bei denen die magnetische
Energiequelle in zwei Teile zerlegt ist, die so angeordnet sind, daß sich ihre magnetischen
Induktionsflüsse in der oder den Impulsspulen entgegenwirken. Fig. i zeigt in schematischer
Dar-Stellung eine 4nordnung, bei der die leiden magnetischen Energiequellen und
die Impulsspule magnetisch in, Reihe geschaltet sind, wobei der mit der Sch ienedurchbiegung
veränderliche Luftspalt parallel zu einer der beiden Energiequellen liegt. In der
Einrichtung nach Uig.2 arbeiten die beiden magnetischen Energiequellen in Parallelschaltung
auf die Impulsspulen. l" ig. 2 läßt auch eine zweckmäßige konstruktive l@nordnung
der Einzelteile des Impulsgebers erkennen. In beiden Figuren sind die Größenverhältnisse
mit Rücksicht auf eine klare Darstellung gewählt und entsprechen daher nicht den
etwa praktisch in Frage kommenden Verhältnissen.
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In Fig. i sind die beiden permanenten Magnet;. mit i und 2 bezeichnet.
Sie sind in horizontaler Richtung magnetisiert und so in das Gerät eingebaut, daß
sich gleichnamige Pole gegenüberstehen. An den Polflächen des Magnets i sind die
beiden Polschuhe 3, an den Polflächen des Magnets 2 die beiden Polschuhe .I angebracht.
Zwischen den Polschuhen 3 befindet sich der Luftspalt 5, zwischen den Polschuhen
:I der Luftspalt 6. Die beiden Magnete sowie die zugehörigen Polschuhe und Luftspalte
sind in ihren Größenabmessungen einander vollkommen gleich. Die äußeren Polschuhe
der Einrichtung werden durch das Joch 8 verbunden, das die Impulsspule 9 trägt.
Im Ruhezustand der Einrichtung sind die magnetischen Induktionsflüsse, welche die
Magnete i und 2 durch die Luftspalte 5 und 6 senden, einander gleich. Daher ist
auch die Potentialdifferenz der magnetischen Feldstärke zwischen den beiden Polflächen
der 'Magnete gleich groß. Da die Magnete gegeneinander gepolt sind, kann mithin
durch das Joch 8 kein magnetischer Fluß hindurchtreten. Wird nun die Schiene von
einem Rad befahren und dabei durchgebogen, so wird diese Durchbiegung in bekannter
Weise auf den Anker 7 übertragen, der sich dabei nach unten in den Luftspalt 5 hineinbewegt.
Dadurch vergrößert sich der vom Magnet i ausgehende magnetische Fluß, wodurch eine
Verkleinerung der Potentialdifferenz der magnetischen Feldstärke an seinen Polflächen
-zustande kommt. I?s sind nunmehr die an den Enden des Joches 8 liegenden magnetischen
Potentiale ungleich, so daß nun ein Fluß durch die Spule 9 hindurchtritt. Durch
diese Flußänderung wird in der Spule eine Spannung induziert, durch die im Stellwerk
ein Relais betätigt werden kann. Der in der Spule 9 auftretende größte Induktionsfluß
ist in dein beschriebenen Beispiel gleich der Flußänderung selbst. Der Querschnitt
des Joches 8 kann daher sehr klein sein, wodurch sich auch geringe Abmessungen für
die Spule 9 ergeben. Lediglich die Polschuhe 3 und 4, die den Hauptfluß der permanenten
Magnete führen, benötigen große Eisenquerschnitte. Da aber vor allem die Abmessungen
der Spule 9 für die Größe des Gerätes wesentlich sind, läßt sich mit der Anordnung
gemäß der Erfindung eine wesentliche Verkleinerung des Impulsgebers erzielen.
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Der Impulsgeber nach Fig. 2 besteht aus einem zylindrischen Mantel
io, der oben und unten durch
einen Deckel ii bzw. iio abgeschlossen
ist. Diese drei "feile stellen das magnetische RückschluBjoch des Gerätes dar und
bilden gleichzeitig ein die Innenteile schützendes Gehäuse. Auf den beiden Innenseiten
der Deckel liegen die scheibenförmigen zylindrischen permanenten i\Iagtiete 12 bzw.
120 auf, die einander vollkommen gleich sind.. Zwischen den inneren Stirnflächen
dieser Magnete befindet sich der kolbenförmige Anker 14. Er ist mit einer Stange
2o fest verbunden, die durch eine in der Figur nicht dargestellte Einrichtung, z.
B. zwei Membranen, in senkrechter Richtung geführt sein kann. Die Stange 20 liegt
mit ihrem Kopf 21 an der Fahrschiene aTf. Da das Gehäuse des Gerätes in bekannter
Weise mit weiter außenliegenden Punkten der Fahrschiene verschraubt ist, wird die
Stange 20 mit dem Anker i4 nach unten verschoben, wenn sich die Schiene bei der
Befahrung durchbiegt. Den Anker 14 umgreift ein ringförmiger Polschuh 16, von dem
in radialer Richtung die leiden Spulenkerne 17 bzw. 170 zu dem zylindrischen
Mantel io des Gerätes hinüberführen. Diese Spulenkerne 17 bzw. 170 tragen
die Impulsspulen 18 und i8o, an die das Empfangsrelais angeschlossen wird. Jeder
der beiden permanenten Magnete wird von einer Wicklung i9 bzw. igo umschlossen,
die zur erstmaligen iiNlagnetisierung der Magnete nach Zusammenbau des Gerätes dient.
Ein .'Magnetisieren des Gerätes in zusammengebautem Zustand ist deshalb besonders
vorteilhaft, weil die :Magnete sonst bei der Herausnahme aus einer Magnetisiereinrichtung
vor dem Einbau in das Gerät stark entmagnetisiert wurden.
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Die beiden permanenten Magnete 12 und 120 sind in axialer Richtung
magnetisiert, und zwar so, <laß der obere und der untere Magnet dem Anker 14
mit ungleichnamigen Polen gegenüberstehen. Der magnetische Hauptfluß durchsetzt
demnach den Magnet 12, den Luftspalt 13, den Anker 14, den Luftspalt 130
und den Magnet 120 in axialer Richtung, tritt von dort in den Deckel i io über,
durch den er radial zum zylindrischen Mantel io hingeleitet wird. Er gelangt durch
den Mantel in den Deckel i i und von dort zum Magnet 12 ZU-rück. Sind die beiden
Luftspalte 13 und 130 gleich groß, so ist das magnetische Potential des Ankers
14 gleich demjenigen des Mantels io. Es wird daher durch die Impulsspulen kein magnetischer
Flug hindurchtreten. Verschiebt man nun z. B. den Anker 14 nach unten, so verkleinert
sich der untere Luftspalt, während der obere vergrößert wird. Das Potential des
Ankers 14 verschiebt sich daher nach demjenigen Wert hin, der auf der oberen Polfläche
des Magnets 12o herrscht, und es wird nunmehr ein von diesem Magnet aus'!I gehender
Teilfluß durch den Anker 1.4, den Luftspalt i 5 zum Auffangpolschuh 16 hinübertreten,
dann die Spulenkerne 17 und 17o durchsetzen und sich von dort über das Gehäuse zurückschließen.
Eine Verschiebung des Ankers nach oben hat eine entsprechende Wirkung zur Folge,
wobei der Flug in den Kernen 17 und 170 entgegengesetzt gerichtet ist. Die beiden
permanenten Magnete 12 und i2o arbeiten somit in Parallelschaltung auf die Impulsspulen.
Es wird mithin durch die Bewegung des Ankers 14, die bei der Befahrung der Schiene
auftritt, eine Flußänderung in den Spulen 18 und i8o erzeugt, wodurch eine Spannung
induziert wird. Dadurch kann ein Relais zum Ansprechen gebracht werden. Die Eisenquerschnitte
der Spulenkerne 17 und 170 können sehr klein bemessen werden, da sie nur
einen Fluß in der Größenordnung der bei der kleinsten Schienendurchbiegung auftretenden
Flußänderung zu führen haben. Im günstigsten Fall' d. h. wenn man das Gerät so einstellt,
daß der Anker auf halbem Wege bei kleinster Schienendurchbiegung symmetrisch zu
den permanenten Magneten 12 und i2o steht, ist der größte F1uB in den Kernen 17
und 170 gleich dem halben Wert der dabei auftretenden Flußänderung. Somit
können auch die Impulsspulen 18 und i8o sehr klein sein. Ein großer Eisenquerschnitt
ist lediglich in den permanenten Magneten, im Anker und im Rückschlußjoch erforderlich.
Da das Rückschlußjoch außenliegt, lassen sich die großen Querschnitte leicht unterbringen.
Infolge der geschilderten günstigen Verhältnisse ergeben sich bei der Anordnung
nach Fig. 2 besonders geringe äußere Abmessungen. Es ist zweckmäßig, die Anzahl
der Kerne 17 und 170 und der Impulsspulen @i8 und T8o möglichst klein zu
wählen. Die Anzahl darf jedoch auch nicht zu klein sein, da sonst die Gefahr besteht,
daß ein wesentlicher Teil des Flusses als Streuung unmittelbar vom Polschuh 16 zum
Mantel io übergeht.
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Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Impulsgeber mit permanenten
Magneten beschränkt, sondern man kann die permanenten Magnete auch durch mit Strom
beschickte Erregerspulen ersetzen.