EP3079965B1

EP3079965B1 - Verfahren und einrichtung zur erkennung einer entgleisung oder eines auftreffens eines hindernisses auf ein schienenfahrzeug

Info

Publication number: EP3079965B1
Application number: EP14816147.4A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Weilguni; Martin Teichmann
Original assignee: Siemens Mobility Austria GmbH
Current assignee: Siemens Mobility Austria GmbH
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2034-12-05
Also published as: WO2015086456A1; CN206187034U; EP3079965A1

Description

Verfahren und Einrichtung zur Erkennung einer Entgleisung oder eines Auftreffens eines Hindernisses auf ein Schienenfahrzeug.

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Erkennung einer Entgleisung oder eines Auftreffens eines Hindernisses auf ein Schienenfahrzeug.

Neuer Stand der Technik

Zur Erkennung eines entgleisten Zustands eines Schienenfahrzeugrades sind eine Vielzahl an Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Alle diese Einrichtungen müssen den rauhen Umgebungs- und Betriebsbedingungen von Eisenbahnen widerstehen können und sollen möglichst wartungsarm betreibbar sein. Eine weitere Forderung an solche Entgleisungsdetektoren ist die größtmögliche Sicherheit gegen Fehlauslösungen, also das fälschliche Erkennen eines entgleisten Zustands. Der wesentliche Unterschied zwischen dem eingegleisten und dem entgleisten Zustand liegt daran, dass das entgleiste Rad eine andere relative Lage zu der zugehörigen Schiene aufweist wie in eingegleistem Zustand. Dadurch ändern sich auch die relativen Lagen des Drehgestells als auch (in geringerem Umfang) des Wagenkastens. Gemäß der Schrift WO2011067284A1 wird diese Lagenänderung mechanisch erkannt und ausgewertet. Diese relativ einfachen und robusten Verfahren können jedoch nur eingeschränkt eingesetzt werden, da bestimmte Eigenschaften der Strecke und des Fahrzeugs erfüllt sein müssen. Weiters sind aus dem Stand der Technik ( EP 1 422 119 A1 ) induktive Verfahren bekannt, welche einen Induktiven Näherungssensor einsetzen, welcher in entgleistem Zustand der Schiene näher ist als in eingegleistem und somit eine Entgleisung detektierbar ist. Weitere Erkennungsverfahren zielen auf die Messung der Vertikalbeschleunigung eines Rades und ermitteln durch doppelte Integration die Lage des Rades, bzw. nach einfacher Integration die Vertikalgeschwindigkeit, welche in eingegleistem Zustand nur sehr geringe Werte annehmen kann, während des Entgleisungsvorgangs hingegen relativ hohe Werte. Ein letztgenanntes Verfahren ist in EP 1 622 802 B2 offenbart.
Darüber hinaus zeigt die JP-A-04108064 eine Einrichtung zur Entgleisungsdetektion für ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs, welche einen schienenförmigen Balken aufweist, der quer in Bezug auf ein Gleis im unteren Bereich eines Fahrwerkrahmens angeordnet ist. Ein vertikal beweglicher und über eine Feder vorgespannter Führungsrahmen ummantelt den Balken teilweise. Zwischen dem Führungsrahmen und dem Balken ist ein Sensor angeordnet. Wenn ein Rad des Fahrwerks entgleist, bewegt sich der Führungsrahmen bei Kontakt mit dem Gleis relativ zu dem Balken nach oben. Dadurch wird der Sensor betätigt und ein Alarm ausgelöst.
Eine weitere sicherheitsrelevante Einrichtung an Schienenfahrzeugen, insbesondere an Lokomotiven sind sogenannte Schienenräumer, bzw. Bahnräumer. Deren Aufgabe liegt im Freihalten der Schienen, sodass Gegenstände auf den Schienen nicht die Räder beschädigen können. Diese Schienenräumer können beispielsweise als senkrecht angeordnete Stäbe, die bis fast an die Schienen reichen ausgeführt werden. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Schienenräumer als querliegende Stange ausgeführt. Eine kontinuierliche Überwachung in Hinsicht auf Entgleisung bzw. Auftreffen auf ein Hindernis (Ansprechen eines Bahnräumers) ist eine wesentliche Sicherheitsmaßnahme die insbesondere für fahrerlose Schienenfahrzeuge gefordert ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung einer Entgleisung oder eines Auftreffens eines Hindernisses auf ein Schienenfahrzeug anzugeben. Dieses Verfahren soll robust gegen Fehlauslösungen sein und dabei einfach und mit unkomplizierten Einrichtungen ausführbar sein.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Einrichtung nach Anspruch 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Dem Grundgedanken der Erfindung nach wird ein Verfahren zur Erkennung einer Entgleisung oder eines Auftreffens eines Hindernisses auf ein Schienenfahrzeug beschrieben, bei welchem ein Balken vor dem in Fahrtrichtung führendem Radsatz quer zur Längsachse des Schienenfahrzeugs oberhalb der Schienenoberkante in vertikaler und axialer Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug beweglich angeordnet ist, wobei die Auslenkung des Balkens aus seiner Ruhelage mittels Sensoren ermittelbar ist und wobei bei einer Erkennung einer Auslenkung des Balkens in vertikaler Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug auf eine Entgleisung geschlossen wird, und bei einer Erkennung einer Auslenkung des Balkens in axialer Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug auf das Auftreffens eines Hindernisses geschlossen wird .
Dadurch ist der Vorteil erzielbar, als Ausgangsgrößen des Verfahrens eine Unterscheidung der unterschiedlichen Vorkommnisse "Entgleisung" und "Auftreffen auf ein Hindernis" (Ansprechen des Bahnräumers) erhalten zu können. Dies ist insbesondere für den Betrieb von fahrerlosen Schienenfahrzeugen vorteilhaft, da solcherart jeweils unterschiedliche betriebliche Maßnahmen vorgesehen werden können. Beispielsweise kann nach dem Ansprechen eines Bahnräumers noch mit geringer Geschwindigkeit weitergefahren werden, was bei einer Entgleisung unmöglich ist.
Ein weiterer Vorteil gegenständlicher Erfindung liegt darin, die Erkennungen der Zustände auf Basis rein mechanischer Größen erfassen zu können, es sind keinerlei aufwendige mathematische Verfahren wie ein- oder mehrfache Integrationen erforderlich. Dadurch entfallen die sonst erforderlichen komplizierten Steuereinrichtungen und es kann eine einfache Anbindung der erfindungsgemäßen Einrichtung, bzw. des Verfahrens an die Fahrzeugsteuerung erfolgen. Durch den Entfall spezifischer Auswerte- bzw. Erkennungssoftware wird der Zulassungsprozeß eines erfindungsgemäß ausgestatteten Schienenfahrzeugs erleichtert.
Erfindungsgemäß ist das Verfahren in einer Einrichtung zur Erkennung einer Entgleisung oder eines Auftreffens eines Hindernisses auf ein Schienenfahrzeug auszuführen, welche einen vor dem in Fahrtrichtung führendem Radsatz quer zur Längsachse des Schienenfahrzeugs oberhalb der Schienenoberkante in vertikaler und axialer Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug beweglich angeordneten Balken umfasst und wobei die Auslenkung des Balkens aus seiner Ruhelage mittels Sensoren ermittelbar ist. Dabei ist eine Anbindung an eine Fahrzeugsteuerung vorgesehen, über die bei einer Erkennung einer Auslenkung des Balkens in vertikaler Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug ein Entgleisungssignal an die Fahrzeugsteuerung abgebbar ist, und über die bei einer Erkennung einer Auslenkung des Balkens in axialer Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug ein Bahnräumsignal an die Fahrzeugsteuerung abgebbar ist.
Erfindungsgemäß ist der Balken in Form eines gebräuchlichen Bahnräumers auszuführen, wobei dieser möglichst tief über der Schienenoberkante anzuordnen ist und sich mindestens über die gesamte Spurweite des Schienenfahrzeugs erstrecken soll. Dieser Balken ist beweglich gelagert, wobei insbesondere Geradführungen vorteilhaft sind, da solcherart eine besonders gute Trennung der Entgleisungserkennungsfunktion von der Erkennung des Auftreffens eines Hindernisses realisierbar ist.
Zur Vermeidung von Fehlauslösungen kann der Balken so vorgesehen werden, dass eine axiale oder vertikale Bewegung des beweglich angeordneten Balkens erst ab einer einwirkenden bestimmten Mindestkraft möglich ist. Dies kann beispielsweise durch eine Federkraft erfolgen, welche den Balken in seiner Ruhelage mit einer bestimmten Kraft fixiert. Somit kann eine Bewegung des Balkens und folgedessen Erkennung einer Entgleisung bzw. Bahnräumung erst nach überschreiten einer Mindestkraft erfolgen. Dadurch ist der Vorteil erzielbar, dass Vibrationen, Rangierstöße oder ähnliches nicht zu Fehlauslösungen und somit einem Betriebsausfall führen können. Weiters führen dabei Zusammenstöße mit Hindernissen geringer Masse, die keinerlei Gefahr für das Fahrzeug darstellen, nicht zum Ansprechen der Bahnräumüberwachungsfunktion.
Ein wesentlicher Vorteil gegenständlicher Erfindung liegt darin, dass eine Funktionskontrolle sehr einfach erfolgen kann. Durch die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer rein mechanischen Einrichtung, welche bei ihrer Auslösung (Erkennung) beschädigungsfrei bleibt, kann die Funktion regelmäßig überprüft werden. Bei einer Auslösung werden im Gegensatz zu Einrichtungen mit definiert versagenden Bauteilen (Abrissplatten- oder Bolzen) keinerlei Bauteile beschädigt. Neben der Funktion kann dabei auch die erforderliche Vorspannung des Balkens (Federkraft) überprüft werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die möglichen horizontalen und vertikalen Bewegungen des Balkens voneinander unabhängig sind und sich gegenseitig nicht beeinflussen, sodass eine Erkennung eines Bahnräumvorgangs keinesfalls eine fälschliche Erkennung einer Entgleisung bewirkt und umgekehrt. Somit kann auch sehr einfach eine für beide Bewegungsmöglichkeiten (horizontal und vertikal) jeweils unterschiedliche Mindestkraft für eine Auslenkung vorgegeben werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen beispielhaft:

Fig.1 Entgleisung- oder Hindernisseerkennung.
Fig.2 Entgleisung- oder Hindernisseerkennung, entgleister Zustand.
Fig.3 Entgleisung- oder Hindernisseerkennung, Auftreffen eines Hindernisses.
Fig.4 Entgleisung- oder Hindernisseerkennung, Ausführungsbeispiel.
Fig.5 Entgleisung- oder Hindernisseerkennung, Ausführungsbeispiel Detail.
Fig.6 Entgleisung- oder Hindernisseerkennung, Parallelogrammführung.

Ausführung der Erfindung

Fig.1 zeigt beispielhaft und schematisch eine Entgleisung- oder Hindernisserkennung. Es ist stark abstrahier das Funktionsprinzip einer erfindungsgemäßen Entgleisung- oder Hindernisseerkennung dargestellt. Es ist ein Schienenfahrzeug 1 mit einem Radsatz 3 in einer Seitenansicht dargestellt. Die Fahrtrichtung ist nach rechts orientiert, sodass der Radsatz 3 den führenden Radsatz darstellt. Der Radsatz 3 liegt auf der Schienenoberkante 4 auf, das Schienenfahrzeug 1 befindet sich folgedessen in eingegleistem Zustand. Ein Balken 2 ist in Fahrtrichtung vor dem Radsatz 3 in geringem Abstand ober der Schienenoberkante 4 angeordnet. Dieser Balken 2 erstreckt sich mindestens über die gesamte Spurweite des Radsatzes 3. Der Balken 2 ist mit dem Schienenfahrzeug 1 mittels einer vertikalen Führung 8 und einer axialen Führung 9 verbunden. Dadurch ist der Balken 2 relativ zum Schienenfahrzeug beweglich angeordnet und kann in einem bestimmten Ausmaß aus seiner Ruhelage ausgelenkt werden. In dieser Ruhelage kann der Balken mittels einer Federeinrichtung gehalten werden, eine solche Federeinrichtung ist in Fig.1 zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Es sind zwei Schalteinrichtung 5,6 vorgesehen, wobei eine Schalteinrichtung 5 bei einer Auslenkung der vertikalen Führung 8 anspricht und eine Schalteinrichtung 6 bei einer Auslenkung der Axialen Führung 9 anspricht. Solcherart wirkt die Schalteinrichtung 5 als Erkennung einer Entgleisung und die Schalteinrichtung 6 als Erkennung eines Ansprechens des Bahnräumers. Die Schalteinrichtungen 5,6 sind so ausgeführt, dass sie für den speziellen Anwendungsfall, d.h. die rauen Umgebungsbedingungen an Schienenfahrzeugen geeignet sind.
Fig.2 zeigt beispielhaft und schematisch eine Entgleisung- oder Hindernisserkennung in einem entgleisten Zustand. Es ist das Schienenfahrzeug aus Fig.1 dargestellt, wobei der Radsatz 3 jedoch entgleist ist und somit tiefer als die Schienenoberkante 4 zu liegen kommt. Dadurch tritt die Schienenoberkante 4 mit dem Balken 2 in Kontakt und verschiebt den Balken 2 in vertikaler Richtung. Diese Verschiebung des Balkens 2 löst den Schalter Entgleisung 5 aus, wodurch eine entsprechende Alarmierung abgegeben werden kann.
Fig.3 zeigt beispielhaft und schematisch eine Entgleisung- oder Hindernisserkennung beim Auftreffen eines Hindernisses. Es ist das Schienenfahrzeug aus Fig.1 dargestellt, wobei ein auf dem Geleis befindliches Hindernis 7 in Kontakt mit dem Schienenfahrzeug 1, bzw. dem Balken 2 tritt. Weist das Hindernis 7 eine solche Masse auf, dass die aus dem Aufprall resultierende Kraft zu einer Verschiebung des Balkens 2 in axialer Richtung führt, so wird der Schalter Bahnräumung 6 durch die in axiale Richtung verschobene vertikale Führung 8 ausgelöst wodurch eine entsprechende Alarmierung abgegeben werden kann.
Fig.4 zeigt beispielhaft und schematisch eine Entgleisung- oder Hindernisserkennung an einem Ausführungsbeispiel. Es ist eine Ansicht auf eine führende Achse eines Schienenfahrzeugs 1 dargestellt, wobei ein Balken 2 in Fahrtrichtung vor dem Rad 3 angeordnet ist. Der Balken 2 ist über eine vertikale Führung 8 mit dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs 1 beweglich verbunden. Dabei ist die vertikale Führung 8 mit einer Feder (in Fig.4 nicht dargestellt) ausgestattet, welche den Balken 2 in seiner Endlage hält. Wird der Balken 8 vertikal nach oben ausgelenkt, so spricht eine Schalteinrichtung 5 zur Erkennung einer Entgleisung an. Trifft der Balken 2 auf ein Hindernis auf, wird eine Schalteinrichtung 6 zur Erkennung eines Bahnräumvorganges ausgelöst. In gezeigtem Ausführungsbeispiel ist dabei ein Teil der vertikalen Führung 8 als Blattfeder ausgeführt, welche in ihrer Ruhelage den Balken 2 in einer bestimmten horizontalen Position hält.
Fig.5 zeigt beispielhaft und schematisch eine Entgleisung- oder Hindernisserkennung an einem Detail eines Ausführungsbeispiels. Es ist eine vertikale Führung 8 und ein Abschnitt eines Balkens 2 des Ausführungsbeispiels aus Fig.4 gezeigt. Diese Ausführungsart erlaubt eine besonders gute Trennung der Erkennung von Entgleisungen und Bahnräumvorgängen, da die jeweiligen Bewegungsabläufe voneinander unabhängig sind und sich gegenseitig nicht beeinflussen können.
Fig.6 zeigt beispielhaft und schematisch eine Entgleisung- oder Hindernisserkennung mit einer Parallelogrammführung in einer Seitenansicht. Es ist ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Entgleisung- und Hindernisseerkennung dargestellt, welches auf einer Parallelogrammführung mit zwei Parallelogrammlenkern 10 aufbaut, die eine vertikale Führung 8 entlang einer im Wesentlichen vertikal verlaufenden Bewegungsbahn führen. An dem schienenseitigen Ende der vertikalen Führung 8 ist ein Balken 2 vorgesehen, welcher in eingegleistem Zustand des Schienenfahrzeugs 1 in einem bestimmten Abstand zur Schienenoberkante 4 angeordnet ist. Eine Feder 11 hält die Parallelogrammführung in ihrer Endlage mit einer bestimmten Kraft, sodass eine Auslösung der Schalteinrichtung 5 nur nach Überwindung dieser Kraft und nach dem Erreichen einer bestimmten Auslöseweges erfolgen kann. Solcherart kann eine fehlerhafte Auslösung der Entgleisungserkennung sicher verhindert werden. In gezeigtem Ausführungsbeispiel sind keine Vorrichtungen zur Erkennung eines Bahnräumvorganges dargestellt, diese können beispielsweise in den Balken 2 oder die vertikale Führung 8 integriert sein. In Fig.6 ist in strichlierter Darstellung auch die Position eines Parallelogrammlenkers 11 bei Ansprechen der Entgleisungserkennung gezeigt.

Liste der Bezeichnungen

1: Schienenfahrzeug
2: Balken
3: Radsatz
4: Schienenoberkante
5: Schalter Entgleisung
6: Schalter Bahnräumung
7: Hindernis
8: Vertikale Führung
9: Axiale Führung
10: Parallelogrammlenker
11: Feder

Claims

Verfahren zur Erkennung einer Entgleisung oder eines Auftreffens eines Hindernisses (7) auf ein Schienenfahrzeug (1), bei welchem ein Balken (2) vor dem in Fahrtrichtung führendem Radsatz (3) quer zur Längsachse des Schienenfahrzeugs (1) oberhalb der Schienenoberkante (4) in vertikaler und axialer Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug (1) beweglich angeordnet ist, wobei die Auslenkung des Balkens aus seiner Ruhelage mittels Sensoren (5, 6) ermittelbar ist,
wobei
bei einer Erkennung einer Auslenkung des Balkens (2) in vertikaler Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug (1) auf eine Entgleisung geschlossen wird, und
bei einer Erkennung einer Auslenkung des Balkens (2) in axialer Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug (1) auf das Auftreffens eines Hindernisses (7) geschlossen wird.
Einrichtung zur Erkennung einer Entgleisung oder eines Auftreffens eines Hindernisses auf ein Schienenfahrzeug, umfassend einen vor dem in Fahrtrichtung führendem Radsatz quer zur Längsachse des Schienenfahrzeugs oberhalb der Schienenoberkante in vertikaler und axialer Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug beweglich angeordneten Balken, wobei die Auslenkung des Balkens aus seiner Ruhelage mittels Sensoren ermittelbar ist, wobei
eine Anbindung an eine Fahrzeugsteuerung vorgesehen ist, über die bei einer Erkennung einer Auslenkung des Balkens in vertikaler Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug ein Entgleisungssignal an die Fahrzeugsteuerung abgebbar ist, und
über die bei einer Erkennung einer Auslenkung des Balkens in axialer Richtung in Bezug auf das Schienenfahrzeug ein Bahnräumsignal an die Fahrzeugsteuerung abgebbar ist.
Einrichtung zur Erkennung einer Entgleisung oder eines Auftreffens eines Hindernisses auf ein Schienenfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale oder vertikale Bewegung des beweglich angeordneten Balkens erst ab einer einwirkenden bestimmten Mindestkraft möglich ist.
Einrichtung zur Erkennung einer Entgleisung oder eines Auftreffens eines Hindernisses auf ein Schienenfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese bestimmte Mindestkraft durch die Vorspannung einer Federeinrichtung bestimmt ist.