DE4432329C2 - Vorrichtung zur Zuglaufüberwachung und Fahrwegüberwachung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE 38 15 152 A1) ist ein faseroptischer Lichtwellenleiter über die gesamte zu überwachende Länge eines Gleises in einer nach unten offenen Längsnut mechanisch entkoppelt in einem der Schienenfüße angeordnet. Jeweils am Beginn oder Ende eines Blockstreckenabschnitts ist der Lichtwellenleiter im Bereich einer Schwelle mit der Schiene mechanisch gekoppelt und mit einem Auskoppellichtwellenleiter verbunden, in den bei punktueller Belastung infolge Überfahrens des zugehörigen Schienenstücks durch ein Schienenrad Licht eingekoppelt wird. Das jeweilige Lichtsignal wird an einen Empfänger weiterleitet, der als Achszähler oder Blockfreistreckengeber arbeitet oder durch Auswertung der Dämpfung infolge Längenänderung eines Teils eines Lichtwellenleiters mechanische Beanspruchungen von Schwellen ermittelt.

Es ist auch eine Vorrichtung bekannt (EP 0592031 A1), bei der eine Schiene über eine elastische Zwischenlage auf einer Schwelle abgestützt ist. Dabei gibt ein an den gebogenen Übergang zwischen Schienenfuß und nach oben weisenden Schienensteg angelegter optischer Sensor abhängig von der Pressung der elastischen Zwischenlage ein Steuersignal ab, das als Hinweis auf die Belegung des Gleises mit einem Zug ausgewertet wird.

Schließlich ist es auch bekannt (DE 42 07 516 A1), an einer Schiene am senkrecht nach oben weisenden Schienensteg beidseitig punktuell Dehnungsmeßstreifen vorzusehen, über welche die physikalischen Einwirkungen von darüber hinwegfahrenden Schienenrädem erfaßt werden und die geschwindigkeitsunabhängige Meßsignale erzeugen.

Während die Anordnung eines Lichtwellenleiters in einer Nut des Schienenfußes die Anbringung von besonderen Druckeinwirkungseinrichtungen erfordert, sind im frei zugänglichen Bereich der Schiene angeordnete Sensoreinrichtungen der Gefahr von mechanischen Beschädigungen ausgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche auf einfache Weise bei geschütztem Einbau von Sensoren in das Gleissy­ stem eine schwellenweise Überwachung des Gleises und ggf. darauf rollender Schienenfahr­ zeuge auf Funktionsmängel ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welche während des Zuglaufs auf der Eisenbahnstrecke anhand von elektrischen oder optischen Signalen erkennen läßt, ob ein Fehler im Gleisbett, in der Eisenbahnschiene oder ein Schaden an einem der Fahrzeuge oder der Radsätze vorliegt. Außerdem können aufgrund der Signale Position und Geschwindigkeit der Züge bestimmt und damit der Zuglauf überwacht und gesichert werden.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Überwachung von Hochgeschwindigkeitszügen und Hochgeschwindigkeitsfahrstrecken, bei welchen auch kleinste Fehler im Gleisbett, an der Schiene oder an den Fahrzeugen zu schweren Unfällen führen können.

Erfindungsgemäß werden beide Schienen eines Eisenbahngleissystems über ihre gesamte Länge mit einem dichten, kontinuierlich verteilten Sensorsystem ausgestattet, das es erlaubt, Ort und Geschwindigkeit der Züge, einzelner Wagen und einzelner Achsen zu verfolgen (zur Kontrolle der Anwesenheit des letzten Wagens, von Achsbrüchen, Radbrüchen und Entgleisungen). Zugleich erlaubt dieses Sensorsystem auch, Zustand und Sicherheit des Fahrwegs zu überwachen und insbesondere Schienenbrüche, Schwellenbrüche und Schraubenbrüche, fehlerhafte Gleislagen, hohlliegende Schwellen, Gleisverwerfungen, nachlassende Tragfähigkeit und Elastizität des Unterbaues, Veränderungen des Schotterbettes, Unterspülungen des Gleiskörpers und Sabotageakte (gelöste oder entwendete Schienen, Hindernisse auf dem Fahrweg) zu erkennen. Dabei sind wesentliche Merkmale dieser Erfindung, daß das Sensorsystem wagenunabhängig arbeitet, also nicht auf besonderen Vorrichtungen an den Wagen oder Rückmeldungen von diesen beruht, und daß es kontinuierlich über die Strecke verteilt ist, also nicht auf punktuellen Einrichtungen an der Strecke beruht, die durch ihren exportierten Aufbau anfälliger gegenüber Beschädigungen und Entwenden sind.

Das Sensorsystem arbeitet mit einem Sensorband, welches sehr einfach aufgebaute Sensoren aufweist, die in kurzen Abständen, längs des Sensorbandes angeordnet sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch den hierarchischen Aufbau des Sensorsystems ist es leicht möglich, Ort und Geschwindigkeit des Zuges auf der Strecke zu bestimmen und diese Information zur Zuglauf- und Fahrwegüberwachung weiterzuverarbeiten.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Gleisoberbau K mit zwischen Schiene und Schwelle befindlichen Sensorband;

Fig. 2 den Gleisoberbau mit Sensorband und Streckenrechner sowie ein Beispiel für das Sensorsignal im Normalzustand und bei Schienenbruch und

Fig. 3 die hierarchische Anordnung der Auswerteeinrichtung der Sensorsignale.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Anordnung eines kontinuierlichen Sensorbandes 7, welches unter dem Schienenfuß anstelle von oder zusammen mit einer dort üblicherweise eingebauten elastischen Zwischenlage 8 angebracht ist. Die Schiene 1 ist an der Rippenplatte 5 mittels Klemmplatte 4 und Hakenschraube 2 befestigt. Der Gleisoberbau K wird durch die Schwelle 6 vervollständigt, auf welcher die Rippenplatte 5 mittels der Schwellenschraube 3 befestigt ist. In dem Sensorband befinden sich Drucksensoren 12 oder Verformungssensoren, welche als faseroptische Sensoren, als magnetoelastische Sensoren oder als piezokeramische Sensoren ausgebildet sind. Diese Sensoren sind in einem Band integriert. Um Beschädigungen zu vermeiden, ist das Sensorband mit einem schlagfesten Mantel ausgerüstet.

Tritt an einer bestimmten Stelle des Fahrweges ein Gleisfehler auf, etwa ein Schienenbruch, wie er in Fig. 2 angenommen wird, so zeigt das Sensorsignal eine für die Art des Fehlers charakteristische Veränderung, welche im unteren Teil der Figur schematisch anhand eines Impulsdiagramms dargestellt ist. Beim Passieren eines Zuges 9 werden die Sensorsignale vor der Bruchstelle stärker ansteigen und unmittelbar an der Bruchstelle 10 sprungartig abfallen. Bei normalem Gleiszustand hat man dagegen einen stetigen Signalverlauf. Gleisfehler wie hohlliegende Schwellen und Veränderungen des Schotterbettes erzeugen ebenfalls charakteristische Sensorsignale, aus denen neben dem Ort auch die Art des Gleisfehlers bestimmt werden kann. Dazu dient der Streckenrechner 11, welcher in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Solche Streckenrechner befinden sich in bestimmten Abständen längs der Strecke und erhalten ihre Signale von den Sensorkoordinatoren SKA, SKB... (s. Fig. 3), welche die einzelnen kleineren Streckenabschnitte A, B... überwachen, in dem sie die dort erzeugten Sensorsignale auffangen und für die Weiterverarbeitung im Streckenrechner 11 aufbereiten. Die Sensorkoordinatoren sorgen auch für die Stromversorgung der Sensoren bzw. Überwachung ihrer Funktion. Ein zur Überwachung geeignetes hierarchisches System ist in Fig. 3 dargestellt.

Die Reichweite der Signale bedingt eine längs der Strecke durchgeführte Aufteilung des Sensorbandes in Abschnitte, in welchen jeweils die Signale aufbereitet bzw. mit Zwischenverstärkern verstärkt werden. Damit kann die Dämpfung der Sensorsignale ausgeglichen werden.

Falls ein Gleisfehler vorliegt, in dem beispielsweise die Schwellen hohlliegen oder durch mangelnde Elastizität des Unterbaus bei Durchfahrt des Zuges eine Abweichung vom normalen Impulsdiagramm auftritt, lassen sich Hinweise auf die Art des Fehlers und den betroffenen Streckenabschnitt gewinnen. Dadurch werden die Streckenwartungskosten gesenkt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Zuglaufüberwachung und Fahrwegüberwachung, wobei das Gleis über seine gesamte Länge mit einem dichten, den Fahrweg überwachenden Sensorsystem ausgestattet ist, welches kontinuierlich Ort und Geschwindigkeit aller auf der Strecke befindlichen Fahrzeuge aufnimmt und weitermeldet, ohne daß es einer Kommunikation zwischen Fahrzeug und einer Überwachungseinrichtung oder einer von dem Fahrzeug ausgehenden aktiven Positionsmeldung bedarf, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsystem ein kontinuierliches faseroptisches und elastisches Sensorband (7) umfaßt, welches unter den Schienen über die Länge des Gleises angeordnet ist sowie Sensoren aufweist, die längs des Sensorbandes (7) zwischen den Schienen (1) und jeder Schwelle (6) angeordnet sind und daß die Sensoren magneto-elastische oder piezo­ keramische Sensoren sind, die auf die Schiene (1) einwirkende Auflagekräfte und Bie­ gemomente aufnehmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorband (7) in Verbindung mit oder anstelle von zwischen Schienen (1) und Schwellen (6) eingebauten elastischen Zwischenlagen (8) geführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren Schwingungssensoren sind, die die von Radsätzen der Fahrzeuge auf die Schiene (1) übertragenen elastischen Achsschwingungen aufnehmen und aus Inten­ sität und Form dieser Schwingungen die Elastizität und Festigkeit des Gleisunterbaus, die korrekte Gleislage sowie den Zustand der Fahrzeuge und ihrer Radsätze zu überwa­ chen erlauben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren kleineren Streckenabschnitten (A, B, ...) zugeordnet sind, daß die Signale dieser Sensoren an jeweils zugeordnete Sensorkoordinatoren (SKA, SKB, ...) geleitet sind, welche die aufgefangenen Sensorsignale aufbereiten und an Streckenrechner (11) weiterleiten, die empfangene Impulsdiagramme mit vorgegebenen Impulsdiagrammen vergleichen und bei Abweichungen ein Fehlersignal ausgeben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorkoordinatoren (SKA, SKB, ...) die Sensoren mit Strom versorgen und auf Funktionstauglichkeit überprüfen.