DE10022684A1

DE10022684A1 - Sicherheitssystem für Schienenfahrzeuge und Schienenfahrwege

Info

Publication number: DE10022684A1
Application number: DE2000122684
Authority: DE
Inventors: Matthias Biedermann; Franz-H Scheidt
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-10-31

Abstract

Die Überwachung aller betriebsrelevanten Einflüsse bei Schienenfahrzeugen und auf der Fahrstrecke ist derzeit nicht gegeben. Durch das rechtzeitige Erkennen von Betriebsunregelmäßigkeiten, insbesondere im Bereich der Radsätze und des Schienenweges, kann die Betriebssicherheit wesentlich verbessert werden. Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem werden die Rollgeräusche während des Fahrbetriebes aus. Die akustischen Spektren sind bei Normalbetrieb identisch und zeigen Abweichungen, wenn technische Fehler vorliegen. Durch den Vergleich der aufgezeichneten Betriebsspektren mit dem gespeicherten Betriebsnormal können bei Abweichungen Sicherheitsmaßnahmen ausgelöst werden. Bei gleichzeitiger Anwendung von GPS bzw. DGPS ist eine örtliche Zuordnung von Streckenfehlern möglich. Die aufgenommenen Betriebsspektren werden in einer zentralen Datenbank ausgewertet, um Fehlerspektren für Sicherheitsmaßnahmen in den Zügen und Wartungsarbeiten am Gleiskörper zu verwenden.

Description

Das vorliegende Sicherheitssystem betrifft die Überwachung von schienenbezogenen Fahrzeugen und Fahrstrecken.

Angaben zum Stand der Technik

Beim Betrieb von Schienenfahrzeugen lassen sich derzeit nicht alle betriebssicherheits relevanten Einflüsse mit vertretbarem Aufwand überwachen. So wird zum Beispiel ein Entgleisen eines Radsatzes eines Wagens, das Brechen eines Radreifens oder ein Schienenbruch nicht rechtzeitig erkannt, um Schutzmaßnahmen, z. B. einen automatischen Bremsvorgang, einleiten zu können.

Während z. B. im ICE (Inter-City-Europe) schon die Überwachung der Toiletten automatisiert ist, erfolgt aber z. B. keine Überwachung der betriebswichtigen und sicherheitsrelevanten Funktionen.

Es besteht daher die dringende Aufgabe, Betriebsunregelmäßigkeiten insbesondere im Bereich der Radsätze und des Schienenweges zu erkennen und Informationen zur Einleitung von Schutzmaßnahmen bereitzustellen.

Bekannt sind aus dem Bereich des Maschinenbaus Diagnosesysteme, die auf der Basis der Auswertung akustischer Spektren Fehlerursachen in Werkzeugmaschinen erkennen.

Technische Beschreibung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine akustische Auswertung der beim Betrieb entstehenden Geräusche erfolgt. Vom Normalbetrieb abweichende Geräusche werden als unnormaler Betriebszustand erkannt und mit Hilfe von GPS-Signalen (Global Positioning System) wird der "Entstehungsort" automatisch zugeordnet. Es können Auswertungen im Zug vorgenommen oder die Informationen in eine Datenbank eingespeist werden. Dabei können die Informationen, da mit einer Ortslokalisierung versehen, selbst die Datenbank generieren. Ein zeitaufwendiges, manuelles Anlegen der Datenbank ist nicht erforderlich.

Ausführungsbeispiel

Im Normalbetrieb erzeugt ein auf einer Schiene abrollendes Rad ein gleichmäßiges Rollgeräusch. Dieses Geräusch wird unterbrochen bei Schienenstößen und beim Überfahren von Weichen.

Das Rollgeräusch wird durch die eingesetzten Materialien und durch die gefahrene Geschwindigkeit bestimmt und besitzt eine spektrale Verteilung. Diese wird beim Überfahren von Schienenstößen und Weichen von zusätzlichen, für diese Ereignisse typischen spektralen Verteilungen ersetzt oder überlagert.

In Abhängigkeit von der gefahrenen Geschwindigkeit des Rades ergibt sich ein verändertes Spektrum. Alle im Normalbetrieb vorkommenden Einflüsse können als normale Betriebsspektren bezeichnet werden. Diese normalen Betriebsspektren können für alle Geschwindigkeiten ermittelt und bewertet werden. Auch ist es möglich, diese Spektren ständig zu ermitteln, aufzuzeichnen und zu bewerten. So kann automatisch ein spektrales Verteilungsprofil der gefahrenen und abgetasteten Strecke ermittelt werden.

Durch die Nutzung moderner Lokalisierungsverfahren (DGPS - Differential Global Positioning System, System ALF - Accurated by Low Frequency) kann eine exakte Lokalisierung und zeitliche Kennzeichnung der Spektren erfolgen. Die Verteilung kann im Zug mit einer aus vorhergehenden Messungen ermittelten oder abgespeicherten "Normalverteilung" verglichen werden. Auch ist die Übertragung dieser Verteilungen aus dem Zug heraus zu einer zentralen Auswertung möglich. Damit kann, quasi in Echtzeit, eine Spektrumsstreckendatenbank gespeist und ein Überblick über den Zustand des Fahrweges erhalten werden. Darauf aufbauend lassen sich betriebsabwicklungs- und sicherheitsrelevante Entscheidungen realisieren. Ebenfalls ableitbar sind Schluss folgerungen für eine optimierte Instandhaltung des Fahrweges und der Waggons.

Beispielsweise wird bei einer Entgleisung eines Radsatzes das betreffende Rad neben den Schienen laufen und dabei über die Schwellen gleiten. Dabei entsteht ein signifikant abweichendes akustisches Geräusch und Spektrum. Bei einem Schwellenabstand a ergibt sich bei einer Geschwindigkeit v ein direkt proportionales akustisches Spektrum, in dem die Frequenz f sehr stark vertreten ist. Die Frequenz f ist abhängig von der gefahrenen Geschwindigkeit v und dem Abstand der Schwellen a.

Es gilt: f = v : a.

Zahlenbeispiel: Bei einer Geschwindigkeit von v = 100 km/h, und einem Schwellenabstand a = 0,6 m wird eine dominierende Frequenz f = 46,3 Hz im Spektrum auftreten.

Das Geräusch bzw. Spektrum wird permanent von einem Schallwandler, z. B. ein Körperschallmikrofon, aufgenommen und in elektrische Signale gewandelt. In einer nachfolgenden Auswerteeinrichtung wird eine Analyse des Spektrums vorgenommen und Fehlerspektren können erkannt werden. Bei Vorliegen eines abweichenden Spektrums wird ein Informationssignal gebildet.

Im einfachsten Fall erfolgt in der Auswerteeinrichtung eine differenzielle Bewertung des Spektrums. Dadurch werden zeitlich Veränderungen erkannt. Es können aber auch von den aufgenommenen Signalen die normalen Betriebsspektren subtrahiert werden und das verbleibende Spektrum für die Bildung von Warnsignalen genutzt werden. Weiterhin ist auch eine Analyse dieser aufgenommen Spektren und die Zuordnung zu vorher abge speicherten normalen und unnormalen Betriebsspektren möglich.

Da die Geschwindigkeit des Zuges bekannt ist, kann auch das beim Entgleisen eines Zuges zu erwartende Spektrum gesucht und zur Informationsgewinnung ausgewertet werden.

Die beschriebene Anordnung ist einfach zu installieren und durch das externe Einspeisen von Kontrollspektren auch außerordentlich einfach und beweiskräftig zu prüfen. Wie oben beschrieben ist das akustische Spektrum eine Funktion der gefahrenen Geschwindigkeit. Durch eine entsprechende Auswertung der geschwindigkeitsabhängigen Spektren lässt sich eine aus dem Spektrum abgeleitete Anzeige z. B. der Geschwindigkeit realisieren. Gleichzeitig erfolgt so die permanente Überprüfung der Überwachungs einrichtung auf Betriebsfähigkeit.

Mit den heute zur Verfügung stehenden Informationstechnologien lassen sich die dezentral im Zug gewonnenen Informationen entweder radsatz-, waggon-, zug- oder strecken bezogen verarbeiten. Auch ist es möglich, eine Übertragung der kritischen Betriebs zustände für eine externe Auswertung oder zur Steuerung externer Einrichtungen vorzunehmen.

Claims

1. Sicherheitssystem für Schienenfahrzeuge und Schienenfahrwege, dadurch gekennzeichnet,

- dass das beim Rollvorgang entstehende akustische Spektrum permanent aufgenommen, aufgezeichnet und ausgewertet wird,
- dass das aufgenommene akustische Spektrum mit einem normalen Betriebsspektrum verglichen wird und Abweichungen als Fehlerinformation erkannt werden,
- dass das aufgenommene akustische Spektrum mit bereits gespeicherten Fehlerspektren verglichen wird und dadurch wiederkehrende Fehlerursachen schnell erkannt werden können, und
- dass das aufgenommene akustische Spektrum unter Einbeziehung von GPS bzw. DGPS mit einer zeitlichen und örtlichen Zuordnung aufgezeichnet wird.

2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit zeitlicher und örtlicher Zuordnung aufgezeichneten Streckenspektren zu einer zentralen Auswertung übertragen werden und dort eine Streckenspektrendatenbank erstellt wird, die durch die Daten fortlaufend generiert wird.

3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Streckenspektrendatenbank eine Auswertung zu den Fehlerspektren erfolgt, und die Fehlerspektren für Sicherheitsmaßnahmen in den Zügen und für Wartungsarbeiten am Gleiskörper verwendet werden.

4. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen Streckenspektren zur Berechnung der Zuggeschwindigkeit verwendet werden und damit eine Anzeige und permanente Kontrolle der Zuggeschwindigkeit möglich ist.