EP1288098A1 - Radsensor - Google Patents

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EP1288098A1
EP1288098A1 EP02090264A EP02090264A EP1288098A1 EP 1288098 A1 EP1288098 A1 EP 1288098A1 EP 02090264 A EP02090264 A EP 02090264A EP 02090264 A EP02090264 A EP 02090264A EP 1288098 A1 EP1288098 A1 EP 1288098A1
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EP
European Patent Office
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coils
coil
track
wheel
wheel sensor
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EP02090264A
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Inventor
Harald Schmidt
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
    • B61L1/163—Detection devices
    • B61L1/165—Electrical

Definitions

  • the invention relates to a wheel sensor and a wheel sensor arrangement according to the preamble of the independent claims 1, 3, 8 and 10.
  • Wheel sensors are used in railway systems for the Track vacancy detection, but also for other switching and signaling tasks used. It is mainly the magnetic field influencing Effect of the iron wheels of the rail vehicles exploited.
  • inductive sensors attached to the track body that generate a specific magnetic field can be Record the retroactive effect of the iron wheels, with each wheel detection a wheel impulse is registered.
  • the number of wheel impulses gives in cooperation with one Another wheel sensor provides information about the occupancy of the intermediate one Track section.
  • This track vacancy notification represents an essential decision criterion for control of turnouts and signals.
  • Frequency selection also cannot avoid that interference fields frequency components in the range of the working frequency of the inductive sensor included. Usually lie the working frequencies in the range from 30 kHz to 1 MHz, while Interference fields can also reach frequencies up to 2 MHz can.
  • Another approach is based on compensation efforts the way that the interference magnetic field by building an opposing Field is virtually neutralized.
  • the DE-A1-197 09 844 is a coil arrangement with a magnetic Core provided. Two concentrically arranged Coils are switched so that when shared Magnetic fields flow in opposite directions. A magnetic one In contrast, interference field induces interference voltages in both coils, because of the opposite connection of the two Compensate coils.
  • the coil assembly is part of one Get inductive sensor for generating a working magnetic field remains. The iron mass of a wheel running over changes the properties of the working magnetic field, what is sensory is recorded.
  • Problematic with this approach is, however, that a very strong interference magnetic field, for example that of an excited eddy current brake, the coil core like that can magnetize that an unwanted response of the Sensor is caused.
  • a similar but coreless coil arrangement is from the DE-A1-199 15 597 known.
  • the sensitivity of this generic Axle counter is low, however, because of the detection magnetic field of the wheel created the area of the flange of the wheel does not penetrate optimally. Besides, can Wetness on the sensor housing at the usually high working frequencies coreless coil arrangements for a further reduction sensor sensitivity.
  • the object of the invention is to overcome these disadvantages eliminate and specify a wheel sensor with inductive sensor, its parameters in terms of sensitivity and thus with regard to the reliability of the overall system are optimized.
  • the second coil is preferably centric according to claim 2 arranged within the first coil.
  • the compensation effect is however also present when the inner coil is arranged eccentrically.
  • the coil shapes can also be very be different.
  • the inner coil have circular turns and eccentric within an oval outer coil.
  • Claim 3 characterizes a further solution to the problem, where compared to the solution according to claim 1 additionally simplification is achieved. Coils of different Geometry and different numbers of turns are included this alternative solution is not required. Instead it is an overlapping arrangement in the vertical projection similar coils are provided, the winding planes are virtually arranged one above the other. Because the coils are not in each other or are arranged penetrating the magnetic field generated by one coil closes the other coil equal parts with opposite inner and outer magnetic fluxes, that is, the coils are magnetic decoupled from each other.
  • the coils are preferably very flat, spiral wound disc coils. To this The coils can be easily inserted into the housing Install the wheel sensor.
  • the winding planes of the coils both alternative solutions run parallel to the track level.
  • both Coils with the same angle of inclination to a horizontal surface tilted in the direction of the track. Magnetic interference fields then pass through both coils with the same intensity and Direction and cancel each other out even if the field is not runs parallel to the coil longitudinal axes.
  • two wheel sensors are arranged one behind the other. On this can be done based on the time interval between the Wheel pulse registration the direction of travel of one of the two Determine the wheel sensors of a rolling rail vehicle.
  • Claim 10 characterizes a dual wheel sensor arrangement, in which there are also the adjacent coils of the two wheel sensors overlap.
  • the magnetic one also works in this area Decoupling according to claim 3.
  • the advantage of this arrangement is that the geometric overlap of the Wheel sensors have a longer overlap phase of one wheel has influence exerted on both sensors.
  • FIG. 1 schematically illustrates the operation of an inductive sensor with interference field compensation according to the prior art.
  • the sensor essentially consists of an oscillator 1 and an oscillating circuit 2 with a capacitor C and two coils L1 and L2.
  • the interference voltages U StörL1 and U StörL2 of an interference magnetic field ⁇ s acting in the same way on both coils L1 and L2 (FIG. 2 and FIG. 5).
  • the two coils L1 and L2 in the LC resonant circuit 2 are connected in such a way that the interference voltages U StörL1 and U StörL2 are opposed at the same absolute value and thus cancel each other out.
  • a working voltage U oszL1 or U oszL2 applied by the oscillator 1 to the LC oscillating circuit 2 for generating a working magnetic field is hardly influenced by this arrangement.
  • Figure 2 shows a track body 3 in perspective view with a first embodiment of a coil arrangement according to the invention for interference magnetic field compensation. It is seen that a noise magnetic field ⁇ s of a rail current I s is generated.
  • the two coils L1 and L2 connected in series are designed as the inner coil Li and the outer coil La, the winding orientations of the two coils Li and La being opposed to one another, as shown in FIGS. 3a and 4 Arrows symbolize point.
  • the number of turns n Li of the inner coil Li is greater than the number of turns n La of the outer coil La.
  • the compensation effect is also present if, as in Figure 4, the inner coil Li is not centered in the outer Coil La is arranged.
  • the Coils Li and La almost any shape, such as circular, have square, rectangular or oval.
  • Figures 5 to 10 relate to another invention Embodiment of an interference field compensating Coil assembly. Compared to that shown in Figures 2 to 4 Variant differs from this embodiment in particular in that the coils used L1 and L2 in contrast to the coils Li and La of the same geometry exhibit. This results in a reduction in effort or the cost.
  • Figure 5 shows in an analogous representation to Figure 2 that two mutually offset and partially overlapping coils L1 and L2 of the same geometry and number of turns are provided. Since both coils L1 and L2 are identical, the same disturbing voltage U and U StörL1 StörL2 induces the disturbance magnetic field ⁇ s in both coils L1 and L2 ( Figure 1). For compensation, the coils L1 and L2 are connected to one another, as explained for FIG. 1.
  • Each coil L1 and L2 generates a magnetic field like an individual coil, since there is no mutual interference due to the magnetic decoupling. It therefore has no influence that the magnetic fields B L1 and B L2 of both coils L1 and L2 are opposite in the oscillator mode. Both coils L1 and L2 contribute equally to the detection of a wheel because their magnetic fields B L1 and B L2 are influenced in the same way by the flange 4 (FIG. 8) of a wheel. Compared to an arrangement with only one sensor coil, that is to say without including this individual coil in a coil majority for interference field compensation, the effective range of the wheel is extended approximately by the lateral offset X of the two coils L1 and L2.
  • Figure 8 shows the coils L1_1, L2_1 and L2_2 of two wheel sensors relative to the track body 3.
  • the coils are L1_1, L2_1 as well as L2_2 and L1_2 in this way, for example within one Sensor housing, attached that their centers are constant Height to the horizontal base of the track body 3 have, the winding planes inclined to the track level are.
  • Magnetic interference fields then penetrate the two coils L1_1 and L2_1 or L2_2 and L1_2 each with the same intensity and direction and cancel each other out, even if that Interference field does not run parallel to the coil longitudinal axes.
  • the double sensor shown in Figure 8 is from the wheel flange 4 of the wheel in a certain chronological order run over so that from the signal order to the direction of travel of the rail vehicle can be closed.
  • FIG. 9 shows a preferred coil shape for wheel sensors shown.
  • the coils L1 and L2 are disc-shaped and wrapped in spirals.
  • the height of the disc coils corresponds to the diameter of the winding wire and is consequently so small that the two overlapping coils L1 and L2 built into the housing of a wheel sensor without inclination can be.
  • Figure 10 illustrates a double sensor with disc coils L1_Sys1 and L2_Sys1 as well as L1_Sys1 and L2_Sys2, where also the adjacent coils L2_Sys1 and L1_Sys2 of the two Sensor systems Sys1 and Sys2 overlap

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Radsensor, insbesondere für eine Gleisfreimeldeanlage, mit mindestens einem gleisseitigen induktiven Sensor zur Erfassung einer Magnetfeldänderung infolge das Gleis überfahrender Eisenräder eines Schienenfahrzeuges und einer kernlose Spulen (L1, L2; La, Li) aufweisenden Anordnung zur Kompensation störender Magnetfelder (s, BStör). Zur Optimierung der Wirkung der Kompensationsanordnung sind eine erste kernlose Spule (La) und eine innerhalb dieser angeordnete, bei gemeinsamer Beströmung ein gegensinniges Magnetfeld (BLi) erzeugende zweite kernlose Spule (Li) vorgesehen, wobei die Windungsebenen der Spulen (La, Li) im Wesentlichen übereinstimmen und die Windungszahlen (nLi, nLa) der Spulen (Li, La) umgekehrt proportional zu den Spulenflächen (ALa, ALi) sind. Alternativ können zwei kernlose Spulen (L1, L2) im Wesentlichen gleicher Geometrie und gleicher Windungszahlen vorgesehen sein, deren Windungsebenen zueinander im Wesentlichen parallel verlaufen, wobei sich die Spulen (L1, L2) in Vertikalprojektion überlappen und bei gemeinsamer Beströmung gegensinnige Magnetfelder erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radsensor sowie eine Radsensoranordnung gemäß dem Oberbegriff der nebengeordneten Ansprüche 1, 3, 8 und 10. Radsensoren werden im Bahnwesen für die Gleisfreimeldung, aber auch für andere Schalt- und Meldeaufgaben eingesetzt. Dabei wird überwiegend die magnetfeldbeeinflussende Wirkung der Eisenräder der Schienenfahrzeuge ausgenutzt. Mittels am Gleiskörper angebrachter induktiver Sensoren, die ein spezifisches Magnetfeld erzeugen, lässt sich die Rückwirkung der Eisenräder erfassen, wobei mit jeder Raderfassung bzw. Achsenerfassung ein Radimpuls registriert wird. Die Anzahl der Radimpulse gibt im Zusammenwirken mit einem weiteren Radsensor Auskunft über den Belegungszustand des dazwischenliegenden Gleisabschnittes. Diese Gleisfreimeldung stellt ein wesentliches Entscheidungskriterium für die Steuerung von Weichen und Signalen dar. Anhand des Belegungszustandes von Gleisabschnitten wird die Entscheidung getroffen, ob ein Schienenfahrzeug in diesem Gleisabschnitt einfahren darf oder nicht. Folglich müssen die Meldesignale der Achszähler extrem hohen Zuverlässigkeitsanforderungen genügen. Es ist sicherzustellen, dass nur die die Sensoren überfahrenden Eisenräder der Schienenfahrzeuge von den Sensoren erfasst werden und Störmagnetfelder anderer Herkunft ignoriert werden. Das betrifft beispielsweise Magnetfelder, die bei elektrischer Traktion durch Schienenströme und durch Fahrzeugkomponenten wie Transformatoren, Drosseln und elektronische Schienenbremsen entstehen. Letztere stellen ein besonderes Problem dar, da die erzeugten Magnetfelder sehr stark sind. Das betrifft insbesondere die für den ICE (Intercity Express) entwickelte Wirbelstrombremse, welche in erregtem Zustand ein Störmagnetfeld erzeugt, das das Arbeitsmagnetfeld des induktiven Sensors sehr stark überlagert.
Ein Lösungsansatz, der darauf beruht, die Arbeitsfrequenzen der Sensoren in vermeintlich störfeldfrequenzfreie Größenordnungen zu legen, kann keinen dauerhaften Erfolg garantieren, da durch die Entwicklung neuer Fahrzeugkomponenten ständig neue Störfelder mit teilweise sehr hohen Frequenzen hinzukommen. Durch Frequenzwahl lässt sich außerdem nicht vermeiden, dass Störfelder Frequenzanteile im Bereich der Arbeitsfrequenz des induktiven Sensors enthalten. Üblicher Weise liegen die Arbeitsfrequenzen im Bereich von 30 kHz bis 1 MHz, während Störfelder durchaus auch Frequenzen bis zu 2 MHz erreichen können.
Ein anderer Lösungsansatz basiert auf Kompensationsbestrebungen der Art, dass das Störmagnetfeld durch Aufbau eines gegensinnigen Feldes quasi neutralisiert wird. Gemäß der DE-A1-197 09 844 ist dazu eine Spulenanordnung mit einem magnetischen Kern vorgesehen. Zwei konzentrisch zueinander angeordnete Spulen sind derart geschaltet, dass bei gemeinsamer Beströmung gegensinnige Magnetfelder entstehen. Ein magnetisches Störfeld induziert hingegen in beiden Spulen Störspannungen, die sich wegen der gegensinnigen Beschaltung der beiden Spulen kompensieren. -Die Spulenanordnung ist Teil eines induktiven Sensors zum Erzeugen eines Arbeitsmagnetfeldes erhalten bleibt. Die Eisenmasse eines überfahrenden Rades verändert die Eigenschaften des Arbeitsmagnetfeldes, was sensorisch erfasst wird. Problematisch bei diesem Lösungsansatz ist jedoch, dass ein sehr starkes Störmagnetfeld, beispielsweise das einer erregten Wirbelstrombremse, den Spulenkern so magnetisieren kann, dass ein unerwünschtes Ansprechen des Sensors verursacht wird.
Eine ähnliche, aber kernlose Spulenanordnung ist aus der DE-A1-199 15 597 bekannt. Die Empfindlichkeit dieses gattungsbildenden Achszählers ist jedoch gering, da das zur Detektion des Rades erzeugte Magnetfeld den Bereich des Spurkranzes des Rades nicht optimal durchsetzt. Außerdem kann Nässe am Sensorgehäuse bei den üblicherweise hohen Arbeitsfrequenzen kernloser Spulenanordnungen zu einer weiteren Herabsetzung der Sensorempfindlichkeit führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und einen Radsensor mit induktivem Sensor anzugeben, dessen Parameter hinsichtlich der Empfindlichkeit und damit hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems optimiert sind.
Die Aufgabe wird alternativ durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Gemäß Anspruch 1 wird eine Optimierung erreicht, indem die innere Spule eine dem Flächenverhältnis entsprechende höhere Windungszahl als die äußere Spule aufweist. Auf diese Weise wird bei homogenen Störfeldern nicht nur eine Teilkompensation derselben, sondern eine vollständige Kompensation erreicht. Die spezielle Spulendimensionierung hat außerdem zur Folge, dass die beim Befahren in beiden Spulen entgegengesetzt auftretenden Induktionen nicht gleich groß sind und folglich eine ausreichend hohe Gesamtinduktion zur Detektion eines Rades verbleibt. Da Störeffekte quasi vollständig eliminiert sind und das Arbeitsmagnetfeld eine sehr hohe Feldstärke aufweist und den Spurkranz des zu detektierenden Rades optimal durchsetzt, ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik eine wesentliche Verbesserung der Empfindlichkeit der Sensorik und somit eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Ist das Störmagnetfeld inhomogen, können Differenzen zwischen den Störspannungen der Teilspulen Infolge der unterschiedlichen Spulenabmessungen auftreten. In diesem Fall ist eine teilkompensierende Wirkung vorhanden, wobei die effektiv verbleibende Gesamtstörspannung äußerst gering und letztlich zu vernachlässigen ist.
Die zweite Spule ist gemäß Anspruch 2 vorzugsweise zentrisch innerhalb der ersten Spule angeordnet. Der Kompensationseffekt ist jedoch auch dann vorhanden, wenn die innere Spule exzentrisch angeordnet ist. Auch die Spulenformen können sehr unterschiedlich sein. Beispielsweise kann die innere Spule kreisförmige Windungen aufweisen und exzentrisch innerhalb einer oval ausgebildeten äußeren Spule angeordnet sein.
Anspruch 3 charakterisiert eine weitere Lösung der Aufgabenstellung, wobei gegenüber der Lösung gemäß Anspruch 1 zusätzlich eine Vereinfachung erzielt wird. Spulen unterschiedlicher Geometrie und unterschiedlicher Windungszahlen sind bei dieser Alternativlösung nicht erforderlich. Statt dessen ist eine in der Vertikalprojektion sich überlappende Anordnung gleichartiger Spulen vorgesehen, wobei die Windungsebenen quasi übereinander angeordnet sind. Da die Spulen nicht ineinander oder sich durchdringend angeordnet sind, durchsetzt das von einer Spule erzeugte Magnetfeld die andere Spule zu gleichen Teilen mit entgegengerichteten inneren und äußeren magnetischen Flüssen, das heißt, die Spulen sind magnetisch voneinander entkoppelt.
Die Spulen sind nach Anspruch 4 vorzugsweise als sehr flache, spiralförmig gewickelte Scheibenspulen ausgebildet. Auf diese Weise lassen sich die Spulen problemlos in das Gehäuse eines Radsensors einbauen.
Gemäß Anspruch 5 können die Windungsebenen der Spulen bei beiden Alternativlösungen parallel zur Gleisebene verlaufen.
Bei einer in Anspruch 6 gekennzeichneten speziellen Spulenanordnung für die Alternativlösung gemäß Anspruch 3 sind beide Spulen mit dem gleichen Neigungswinkel zu einer Horizontalfläche in Gleisrichtung angekippt. Magnetische Störfelder durchsetzen dann beide Spulen in gleicher Intensität und Richtung und heben sich damit auf, auch wenn das Feld nicht parallel zu den Spulenlängsachsen verläuft.
Einfache Spulen- bzw. Wicklungsgeometrien, die auf einer runden Grundfläche beruhen, sind gemäß Anspruch 7 bevorzugt. Denkbar sind jedoch für beide Alternativen auch eckige, insbesondere quadratische oder rechteckige Grundflächen.
Bei einer in Anspruch 8 beschriebenen vorteilhaften Weiterbildung sind zwei Radsensoren hintereinander angeordnet. Auf diese Weise lässt sich anhand des zeitlichen Abstandes der Radimpulsregistrierung die Fahrtrichtung eines die beiden Radsensoren überfahrenden Schienenfahrzeuges ermitteln.
Um den Abstand der beiden Radsensoren möglichst gering zu halten, insbesondere bei gemeinsamer Umhäusung, und dennoch zeitlich ausreichend zueinander versetzte Radimpulse zu erhalten, sind gemäß Anspruch 9 dachförmig geneigte Windungsebenen der Spulenpaare vorgesehen.
Anspruch 10 charakterisiert eine Doppelradsensoranordnung, bei der sich auch die benachbarten Spulen der beiden Radsensoren überlappen. Auch in diesem Bereich wirkt die magnetische Entkopplung gemäß Anspruch 3. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die geometrische Überlappung der Radsensoren eine längere Überlappungsphase der von einem Rad auf beide Sensoren ausgeübten Beeinflussung aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine schematische Darstellung des Kompensationsprinzips, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist,
Figur 2
eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Spulenanordnung,
Figur 3a
eine Seitenansicht und eine Draufsicht einer Spulenanordnung gemäß Figur 2 mit Arbeitsfeldbeaufschlagung,
Figur 3b
die Seitenansicht gemäß Figur 3a mit Störfeldbeaufschlagung,
Figur 4
eine Abwandlung der ersten Ausführungsform in Seitenansicht und in Draufsicht,
Figur 5
eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Spulenanordnung,
Figur 6
eine Seitenansicht und eine Draufsicht der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 5,
Figur 7a
eine Seitenansicht gemäß Figur 6 mit Arbeitsfeldbeaufschlagung,
Figur 7b
eine Seitenansicht gemäß Figur 6 mit Störfeldbeaufschlagung,
Figur 8
eine Doppelradsensoranordnung,
Figur 9
eine Spulenanordnung und
Figur 10
eine weitere Doppelradsenoranordnung.
Figur 1 veranschaulicht schematisch die Funktionsweise eines induktiven Sensors mit Störfeldkompensation nach dem Stand der Technik. Der Sensor besteht im Wesentlichen aus einem Oszillator 1 und einem Schwingkreis 2 mit einem Kondensator C und zwei Spulen L1 und L2. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Störspannungen UStörL1 und UStörL2 eines auf beide Spulen L1 und L2 gleichartig einwirkenden Störmagnetfeldes s (Figur 2 und Figur 5) zu kompensieren. Dazu sind die beiden Spulen L1 und L2 im LC-Schwingkreis 2 derart verschaltet, dass die Störspannungen UStörL1 und UStörL2 bei gleichem Absolutwert entgegengerichtet sind und sich somit gegenseitig aufheben. Andererseits wird eine durch den Oszillator 1 an den LC-Schwingkreis 2 angelegte Arbeitsspannung UoszL1 bzw. UoszL2 zur Erzeugung eines Arbeitsmagnetfeldes durch diese Anordnung kaum beeinflusst.
Figur 2 zeigt einen Gleiskörper 3 in perspektivischer Ansicht mit einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Spulenanordnung zur Störmagnetfeldkompensation. Es ist ersichtlich, dass ein Störmagnetfeld s von einem Schienenstrom Is erzeugt wird. Um dieses Störmagnetfeld s quasi zu neutralisieren, sind hier die beiden Spulen L1 und L2 in Reihe geschaltete als innere Spule Li und äußere Spule La ausgebildet, wobei die Windungsorientierungen der beiden Spulen Li und La einander entgegengerichtet sind, wie die Figuren 3a und 4 durch Pfeile symbolisiert zeigen. Außerdem ist die Windungszahl nLi der inneren Spule Li größer als die Windungszahl nLa der äußeren Spule La.
Aus U = µ · n ·dΦdt bzw. U = µ · n·1A ·dBdt und
ULi = ULa ergibt sich für die Dimensionierung der Spulen: nLi nLa =ALa ALi , wobei
  • µ die Permeabilität,
  •  der magnetische Fluss,
  • B die magnetische Induktion und
  • A die Fläche der Spule La bzw. Li
    bedeuten. Die innere Spule Li hat also eine dem Flächenverhältnis entsprechende höhere Windungszahl nLi als die äußere Spule La. Dieser Umstand hat zur Folge, dass die durch den Schwingkreisstrom des Oszillators 1 in beiden Spulen Li und La entgegengesetzt auftretenden Induktionen BLi und BLa nicht gleich groß sind und im Bereich der inneren Spule Li gemäß Figur 3a eine ausreichend hohe Gesamtinduktion BLi-BLa zur Detektion eines den induktiven Sensor überfahrenden Rades eines Schienenfahrzeuges verbleibt. Dagegen kompensieren sich der innere und der äußere Anteil eines Störmagnetfeldes mit der Gesamtinduktion BStör gegenseitig, wie Figur 3b in symbolhafter Darstellung zeigt.
    • Der Kompensationseffekt ist auch dann vorhanden, wenn, wie in Figur 4, die innere Spule Li nicht zentrisch in der äußeren Spule La angeordnet ist. In weiterer Abwandlung können die Spulen Li und La nahezu beliebige Formen, wie kreisförmig, quadratisch, rechteckig oder oval haben. Bei exakter Befolgung der oben angegebenen Dimensionierungsregel, nämlich der umgekehrter Proportionalität der Windungszahlen zu den Spulenflächen, kann eine nahezu vollständige Kompensation störender homogener Magnetfelder erreicht werden. Bei inhomogenen Störfeldern können Differenzen zwischen den Störspannungen der Spulen Li und La infolge der unterschiedlichen Spulenabmessungen auftreten. Die effektiv verbleibende Gesamtstörspannung ist jedoch immer kleiner als die einer einzelnen Spule, so dass zumindest teilkompensierende Wirkung garantiert ist.
    Die Figuren 5 bis 10 beziehen sich auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer störfeldkompensierenden Spulenanordnung. Gegenüber der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Variante unterscheidet sich diese Ausführungsform insbesondere dadurch, dass die verwendeten Spulen L1 und L2 im Gegensatz zu den Spulen Li und La gleichartige Geometrie aufweisen. Damit ergibt sich eine Verringerung des Aufwandes bzw. der Kosten.
    Figur 5 zeigt in analoger Darstellungsweise zu Figur 2, dass zwei gegeneinander versetzte und sich teilweise überlappende Spulen L1 und L2 gleicher Geometrie und Windungszahlen vorgesehen sind. Da beide Spulen L1 und L2 baugleich sind, induziert das Störmagnetfeld s in beide Spulen L1 und L2 die gleiche Störspannung UStörL1 und UStörL2 (Figur 1). Zur Kompensation sind die Spulen L1 und L2, wie zur Figur 1 ausgeführt, gegeneinander verschaltet. Bei der sich überlappenden, nicht aber durchdringenden Anordnung der beiden Spulen L1 und L2 sind diese magnetisch voneinander entkoppelt, das heißt, das von einer Spule L1 bzw. L2 erzeugte Magnetfeld durchsetzt die andere Spule L2 bzw. L1 zu gleichen Teilen mit den entgegengerichteten inneren und äußeren magnetischen Flüssen i und a, wie Figur 6 zeigt. Dieser Effekt wird durch die teilweise Überlappung der Spulen L1 und L2 erreicht, wobei der Abstand X zwischen den Längsachsen der beiden Spulen L1 und L2 immer kleiner als deren Durchmesser ist. Für das zur Detektion von Rädern erforderliche Arbeitsmagnetfeld BL1 bzw. BL2 ergeben sich die in Figur 7a dargestellten Verhältnisse, während ein Störmagnetfeld BStör gemäß Figur 7b kompensiert wird. Jede Spule L1 und L2 erzeugt ein Magnetfeld wie eine einzelne Spule, da durch die magnetische Entkopplung keine gegenseitige Beeinflussung auftritt. Daher hat es auch keinen Einfluss, dass die Magnetfelder BL1 und BL2 beider Spulen L1 und L2 im Oszillatorbetrieb entgegengerichtet sind. Beide Spulen L1 und L2 tragen zu gleichen Teilen zur Detektion eines Rades bei, weil ihre Magnetfelder BL1 und BL2 vom Spurkranz 4 (Figur 8) eines Rades in gleicher Weise beeinflusst werden. Gegenüber einer Anordnung mit nur einer Sensorspule, das heißt ohne Einbeziehung dieser Einzelspule in eine Spulenmehrheit zur Störfeldkompensation, verlängert sich der Einwirkbereich des Rades etwa um den seitlichen Versatz X der beiden Spulen L1 und L2.
    Figur 8 zeigt die Spulen L1_1, L2_1 und L2_2 zweier Radsensoren relativ zu dem Gleiskörper 3. Dabei sind die Spulen L1_1, L2_1 sowie L2_2 und L1_2 derart, zum Beispiel innerhalb eines Sensorgehäuses, angebracht, dass ihre Mittelpunkte eine konstante Höhe zur horizontalen Grundfläche des Gleiskörpers 3 aufweisen, wobei die Windungsebenen zur Gleisebene geneigt sind. Magnetische Störfelder durchsetzen dann die beiden Spulen L1_1 und L2_1 bzw. L2_2 und L1_2 jeweils in gleicher Intensität und Richtung und heben sich damit auf, auch wenn das Störfeld nicht parallel zu den Spulenlängsachsen verläuft. Der in Figur 8 dargestellte Doppelsensor wird von dem Spurkranz 4 des Rades in einer bestimmten zeitlichen Reihenfolge überfahren, so dass aus der Signalreihenfolge auf die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges geschlossen werden kann.
    In Figur 9 ist eine bevorzugte Spulenform für Radsensoren dargestellt. Die Spulen L1 und L2 sind scheibenförmig ausgebildet und in Spiralen gewickelt. Die Höhe der Scheibenspulen entspricht dem Durchmesser des Wicklungsdrahtes und ist folglich derart gering, dass die beiden sich überlappenden Spulen L1 und L2 ohne Neigung in das Gehäuse eines Radsensors eingebaut werden können.
    Figur 10 veranschaulicht einen Doppelsensor mit Scheibenspulen L1_Sys1 und L2_Sys1 sowie L1_Sys1 und L2_Sys2, wobei sich auch die benachbarten Spulen L2_Sys1 und L1_Sys2 der beiden Sensorsysteme Sys1 und Sys2 überlappen
    Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.

    Claims (10)

    1. Radsensor, insbesondere für eine Gleisfreimeldeanlage, mit mindestens einem gleisseitigen induktiven Sensor zur Erfassung einer Magnetfeldänderung infolge das Gleis überfahrender Eisenräder eines Schienenfahrzeuges und einer kernlose Spulen (L1, L2; La, Li) aufweisenden Anordnung zur Kompensation störender Magnetfelder (s, BStör),
      dadurch gekennzeichnet, dass
      eine erste kernlose Spule (La) und eine innerhalb dieser angeordnete, bei gemeinsamer Beströmung ein gegensinniges Magnetfeld (BLi) erzeugende zweite kernlose Spule (Li) vorgesehen sind, wobei die Windungsebenen der Spulen (La, Li) im Wesentlichen übereinstimmen und die Windungszahlen (nLi und nLa) der Spulen (Li und La) umgekehrt proportional zu den Spulenflächen (ALa und ALi) sind.
    2. Radsensor nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die zweite Spule (Li) zentrisch innerhalb der ersten Spule (La) angeordnet ist.
    3. Radsensor, insbesondere für eine Gleisfreimeldeanlage, mit mindestens einem gleisseitigen induktiven Sensor zur Erfassung einer Magnetfeldänderung infolge das Gleis überfahrender Eisenräder eines Schienenfahrzeuges und einer kernlose Spulen (L1, L2) aufweisenden Anordnung zur Kompensation störender Magnetfelder (s, BStör),
      dadurch gekennzeichnet, dass
      zwei kernlose Spulen (L1, L2) mit im Wesentlichen gleicher Geometrie und gleicher Windungszahlen vorgesehen sind, deren Windungsebenen zueinander im Wesentlichen parallel verlaufen, wobei sich die Spulen (L1, L2) in Vertikalprojektion überlappen und bei gemeinsamer Beströmung gegensinnige Magnetfelder erzeugen.
    4. Radsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (L1, L2; L1Sys1, L2Sys1, L1_Sys2, L2_Sys2) als Scheibenspulen, deren Höhe dem Durchmesser des verwendeten Leiters entspricht, ausgebildet sind.
    5. Radsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Windungsebenen der Spulen (L1, L2; La, Li) im Wesentlichen parallel zur Gleisebene verlaufen.
    6. Radsensor nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Windungsebenen der Spulen (L1_1, L2_1; L2_2, L2_1) zur Gleisebene eine im Wesentlichen in Gleislängsrichtung orientierte Neigung aufweisen und die Verbindungslinie der Spulenmittelpunkte auf einer horizontalen Ebene gleisparallel verläuft.
    7. Radsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Spulen (L1, L2; Li, La) runde, insbesondere kreisförmige und/oder ovale Windungen aufweisen.
    8. Fahrtrichtungsabhängige Radsensorenanordnung, gekennzeichnet durch
      die paarweise Verwendung von in Gleisrichtung beabstandeten Radsensoren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
    9. Fahrtrichtungsabhängige Radsensorenanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch
      die Verwendung von Radsensoren nach Anspruch 5, wobei die Windungsebenen der Spulenpaare (L1_1 und L2_1; L2_2 und L1_2) dachförmig in entgegengesetzte Richtungen orientierte Neigungen aufweisen.
    10. Fahrrichtungsabhängige Radsensoranordnung, gekennzeichnet durch
      die paarweise Verwendung von in Gleisrichtung sich überlappenden Radsensoren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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