DE10046860A1 - Einrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Länge und der Vollständigkeit von Personenzügen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für Personenzüge mit einem führenden Fahrzeug und angehängten Fahrzeugen, wie Wagen, zur Bestimmung der Zuglänge und zur Erkennung der Zugvollständigkeit, die: DOLLAR A - einen auf dem führenden Fahrzeug installierten elektrischen Wechselstromgenerator mit einer festen Frequenz >= etwa 20 kHz bis etwa 50 kHz, DOLLAR A - ein mit dem Wechselstromgenerator verbundenes, mind. 2 offene oder für Wechselstrom als offen wirkende Adern eines über den gesamten Zug hinweg gekuppelt vorhandenes Informations- und/oder Steuerkabels und DOLLAR A - eine ebenfalls auf dem führenden Fahrzeug installierte Meßeinrichtung, um einen von dem Wechselstromgenerator in die beiden Adern gespeisten Strom zusammen mit der Speisespannung oder alternativ die sich ergebende Impedanz zu messen, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Pa­ tentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 6.

Die von den Bahnen international als "European Train Control System", ETCS, und auf DB Ebene ergänzend für einfachere Verhältnisse als "Funkfahrbetrieb" FFB der­ zeit geplanten Betriebsverfahren haben das Ziel, die konventionelle Leit- und Si­ cherungstechnik durch einen Datenfunk zur Übermittlung von Befehlen und Infor­ mationen zwischen einer entfernten Steuerzentrale, dem führenden Fahrzeug des Zuges und den steuerbaren Fahrwegelementen wie Weichen und Schranken zu ersetzen. Dabei sollen die neuen Systeme (bei ETCS im Level 3) nicht nur die orts­ festen Signale sondern auch die feste Blockteilung und die streckenseitigen Ein­ richtungen zum Ausschluss einer Einfahrt ins besetzte Gleis ablösen. Eine von den Systemen selbst realisierte Voraussetzung für neue Betriebsverfahren ist die zuverlässige Ortung des Zuges. Die Entscheidung über den Beginn eines freien Streckenabschnittes erfordert aber bei ETCS und FFB außerdem

• a) die Ermittlung der Zuglänge (wo kann der freie Abschnitt frühestens beginnen) und
• b) die Überprüfung der Zugvollständigkeit (befinden sich in ihm auch keine verlore­ nen Fahrzeuge).

Für das Problem b) liegen verschiedene Lösungen vor.

Für Problem a) wurde bislang innerhalb der UIC nur die Installation eines Zug-Bus­ systems erwogen mit Rechnern in den einzelnen Fahrzeugen. Das Bussystem eig­ net sich sicher für neu zu beschaffende Wagen und Triebzüge, wird aber teuer für vorhandene, insbesondere lokbespannte Züge.

Seitens Heitmann "Systeme zur Zugvollständigkeitsüberwachung" in Signal und Draht 1997, Heft 11, S. 22-25 wurde bereits eine Zusammenfassung bisheriger Konzepte zur Zugvollständigkeitsüberwachung gegeben, auf die zur Vermeidung von Wiederholungen in vollem Umfang bezug genommen wird.

Auch aus dem DE-GM 297 09 702 ist eine Vorrichtung zur Überwachung von Fahr­ zeugverbänden bekanntgeworden, bei dem Meßeinrichtungen zur Ermittlung der Position und/oder der Geschwindigkeit eingesetzt werden. Dieses ist aber des­ gleichen aus der DE-A-44 13 114 der STN Atlas, wo über Messungen der Differenz der Geschwindigkeiten des ersten und letzten Wagens die Vollständigkeit des Ver­ bandes abgeleitet wird, bekannt. Dieses Verfahren ist insofern problematisch, da bei Ablösung eines Wagens aus dem Verband zunächst sehr ähnliche Geschwindig­ keiten zwischen Wagen und Verbund auftreten, so daß die Geschwindigkeitsdiffe­ renzen sehr gering sein können und unter Umständen erst spät bemerkt werden. Die Länge des Zuges selbst kann nicht überprüft werden.

Aus der DE 198 33 279 ist eine Einrichtung zur Überwachung der Zugvollständigkeit sowie der Überprüfung der Bremsprobe bei lokbespannten Zügen bekanntge­ worden, dis jeweils in der Signalstütze unter Verwendung von Drucksensorik und der Volumenstromüberwachung der Hauptluftleitung die Vollständigkeit eines Zug­ verbandes überprüft. Ggf. kann dieses System auch noch mit GPS gekoppelt sein.

Aus der deutschen Patentanmeldung der Deutschen Bahn AG mit Anmeldetag 08.09.1999 mit dem Tite "Einrichtung zur Erkennung der Zugvollständigkeit bei aus einem Triebwagen und Wagen bestehenden Zügen" ist eine Einrichtung mit einem Zugschlußgerät zur lösbaren Befestigung am letzten Wagen bekanntgeworden, das eine Sende/Empfangseinrichtung aufweist, sowie eine Sende/Empfangseinrichtung im führenden Fahrzeug, wobei die Sender innerhalb eines vorherbestimmten Zeit­ raums jeweils ein moduliertes Signal in Form einer elektromagnetischen Welle abgeben, das vom Empfänger empfangen wird, wobei die Laufdauer gemessen und mit einem vorabgespeicherten Sollwert verglichen wird. Wenn das Signal nicht im Sollwertbereich liegt, erfolgt ein Fehlersignal.

Aus der deutschen Patentanmeldung 199 33 789.6 ist wiederum ein Verfahren zur Überwachung der Vollständigkeit von Zügen mit Triebfahrzeugen über die Haupt­ luftleitung, die mit allen Wagen unter anderem zur Betätigung der Bremsen verbun­ den ist, vorgeschlagen worden, mit den Schritten:

• - Messen von Volumen- und Drucksignalen in der Hauptluftleitung,
• - zeitnahes Übermitteln von Informationen über den letzten Wagen an das Trieb­ fahrzeug
• - Überprüfen, ob die Volumen- und Drucksignale und daraus abgeleitete Größen in Größe und Form einem bekannten, in einem Zugsicherungsrechner abgespeicher­ ten Sollwertbereich für die Zuglänge entsprechen und
• - Ausgabe eines Signals, das angibt, ob das gemessene Signal innerhalb des abge­ speicherten Sollwertbereichs liegt.

Diese bekannten Methoden und Einrichtungen eignen sich auch für Güterzüge, die keine durchgängige elektrische Verbindung aufweisen.

Im deutschen Patent DE 197 11 772 C1 wird eine mit elektrischen Prüfimpulsen beschickte Prüfleitung verwendet. An den Kupplungsenden der Wagen werden durch Beschaltung der Leiterschleife jeweils Reflexionen erzeugt, deren Anzahl auf die Zahl der Wagen schließen läßt. Hierzu muss die Leitung kurz- oder mit Wellenwi­ derstand abgeschlossen werden. Alternativ wird vorgeschlagen, die Laufzeit des Prüfimpulses (bis Zugende) oder seine -Flankenform zu messen und aus diesen Daten die Zuglänge abzuleiten. Die letztgenannte Patent nutzt hier eine durchge­ hende elektrische, stets neu installierte Leitung.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache Bestimmung der Zuglänge und der Zugvollständigkeit von Personenzügen anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Ferner betrifft die Endung auch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 6. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es wird als bevorzugte Variante daher die Nutzung des in allen Reisezugwagen vorhandenen, wenn auch nicht überall verwendbaren UIC-Kabels vorgeschlagen, wobei die Erfindung aber keineswegs auf dieses beschränkt ist, sondern jedes durchgängige Kabel eines Zuges mit nicht mit Wechselstrom belegten Adern ver­ wendet werden kann.

Die vorgeschlagene Lösung für Reisezüge verwendet die zwischen 2 Adern eines jeden Kabels bestehenden Kapazitäten. Diese bewirken, dass bei Anlegen einer Wechselspannung ein zu Spannung und näherungsweise zu Speisefrequenz und Kapazität proportionaler Strom fließt. Die Kapazität wächst wiederum proportional zur Länge eines verwendeten Kabels und damit eines Zuges. Die Erfindung eignet sich für lokbespannte Personenzüge und für Triebzüge, bestehend aus mehreren Einheiten.

Für die erfindungsgemäße Zugvollständigkeitsüberprüfung bei einem typischen Ein­ satz in Eisenbahnzügen sind u. a. folgende elektrische Leitungen/Steckverbindun­ gen nutzbar: Bug- bzw. Zugkupplung mit: Steckverbindungen für 13-adriges UIC- Kabel (redundante Verlegung) oder Steckverbindungen für 18-adriges UIC-Kabel (redundante Verlegung) und/oder Steckverbindungen für 2 × S₀-Leitungen (FIS- Schnittstelle) sowie die Zugkommunikations-Ausrüstung, meist bestehend aus: 13- adriges UIC-Kabel (redundante Verlegung) Ausnutzung vorhandener Adern oder 18-adriges UIC-Kabel (redundante Verlegung) Ausnutzung vorhandener Adern und verschiedenen, vorhandenen elektrischen Zug-Bus-Systemen (z. B.: Wire Train Bus = elektrischer Bus, Lichtwellenleiter-Bus). Alle diese Züge haben gemeinsam, daß sie elektrisch über Kabel gekuppelt sind, wobei diese nach einer internationalen Bahn-Norm meist die sog. 13-poligen bzw. 18-adrigen UIC-Kabel sind. Erfin­ dungsgemäß wurde bestimmt, daß der Beitrag der Impedanz pro Wagen erfolgt, also bei einer Änderung der Zuglänge oder -zusammenstellung sich demzufolge die Impedanz des Gesamtzuges ändert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, auf welches sie keineswegs beschränkt ist, näher erläutert.

Ausführungsbeispiel

Durch einen statischen Frequenzgenerator auf dem Triebfahrzeug eines Personen­ zuges wird eine Spannung von 12 V mit einer Frequenz von etwa 25 kHz an die durch die beiden Adern 14 und 15 des 18-poligen UIC-Kabels gebildete offene Lei­ terschleife gelegt.

Bei den hier mit dem Ziel einer gewissen Homogenität ausgewählten Fahrzeugen liegen die Leitungsparameter der Adern 14/15 mit geringer Streuung bei 2 Ohm, 33 (H und 1,4 nF pro Wagen. Die mit diesen Parametern errechneten Ströme und Im­ pedanzen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Angelegte Wechselspannung: 12 Volt/25 kHz

Aus obiger Tabelle wird erkennbar, dass bei der gewählten Frequenz das System noch kaum schwingt, so dass weitgehend eine Linearität zwischen Länge und Strom gewahrt, die Stromänderung aber auch bei einem 15-Wagen-Zug ausrei­ chend empfindlich ist. Die hier gewählte Frequenz liegt außerhalb des Hörbereichs, schließt damit Störungen von Sprachverbindungen aus - und eignet sich vom Re­ sonanzverhalten her für ca. 700 m lange Züge. Generell wird erwartet, dass auch bei anderen Konfigurationen (wie den Steuerleitungen von gekuppelten Triebzügen) ähnliche Verhältnisse vorliegen. Die Spannung wird zwischen etwa 6 V und 20 V so gewählt, daß sich ergebenden Ströme über elektromagnetischen Schmutzeffekten liegen und noch mit hinreichender Genauigkeit gemessen werden können, Störun­ gen der Verbindungen in anderen Adern aber nicht zu erwarten sind.

Selbstverständlich können auch Leitungen mit anderen Parametern für einen sei­ nerseits wiederum homogenen Fahrzeugpark verwendet werden, beispielsweise Triebwagen in Mehrfachtraktion, die für Steuerung und Fahrgastinformation über die Bugkupplung verbunden sind. Die UIC-Leitung ist nicht zwingende Voraussetzung, sondern nur eine sich für lokbespannte Züge anbietende Variante, zumal sie auch internationale Lösungen ermöglicht.

Abgesehen von kurzzeitigen Unterbrechungen, während denen die beiden Adern für andere Signale verwendet werden, ist mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine kontinuierliche Längenmessung und -Überprüfung möglich.

Es kann entsprechend den Schnittstellen des Fahrzeugrechners ohne großen Auf­ wand der analoge Messwert des Kabelstromes in digitaler Form dem Fahrzeu­ grechner zur Überwachung und Auswertung zur Verfügung stehen.

Dessen Auswertung erlaubt auch, die Zugvollständigkeit während der Fahrt zu er­ kennen. Und zwar durch einen Vergleich der vor Abfahrt am Ausgangsbahnhof mit den laufend gemessenen Stromwerten. Ein Abriss einer Kupplung und Verlust von Wagen führt zwangsläufig zu einer Verkürzung des Zuges, der gespeisten Leiter­ schleife und damit des gemessenen Stromes. Der Fahrzeugrechner hat hierzu den aufgenommenen Anfangswert des Stromes als Sollwert zu speichern und regelmä­ ßig einen Vergleich mit dem Strom-Istwert durchzuführen.

Es ist vorgesehen, die zu Beginn gemessene Zuglänge durch betriebliche Verfahren gegenzuprüfen, um die Richtigkeit der Eingangsdaten sicher zu stellen. Entspre­ chendes gilt, wenn während der Fahrt zusätzliche Wagen angehängt werden.

Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert wurde, ist dem Fachmann offensichtlich, daß mannigfaltige Abwandlungen im Rah­ men des Schutzumfangs der Ansprüche möglich sind.

Claims (7)

1. Einrichtung für Personenzüge mit einem führenden Fahrzeug und angehängten Fahrzeugen, wie Wagen, zur Bestimmung der Zuglänge und zur Erkennung der Zugvollständigkeit gekennzeichnet durch:

• - einen auf dem führenden Fahrzeuge installierten elektrischen Wechselstromgene­ rator mit einer festen Frequenz ≧ etwa 20 kHz bis etwa 50 kHz,
• - ein mit dem Wechselstromgenerator verbundenes, mind. 2 offene oder für Wech­ selstrom als offen wirkende Adern eines über den gesamten Zug hinweg gekuppelt vorhandenes Informations- und/oder Steuerkabels; und
• - eine ebenfalls auf dem führenden Fahrzeug installierte Meßeinrichtung, um einen von dem Wechselstromgenerator in die beiden Adern gespeisten Strom zusammen mit der Speisespannung oder alternativ die sich ergebende Impedanz zu messen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel­ stromgenerator eine Leistung von ≦ etwa 5 VA besitzt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator eine Frequenz von etwa 25 kHz abgibt.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Informations- oder Steuerkabel das UIC-Kabel oder ein Steuerkabel oder Informationskabel von gekuppelten Wagen ist.

5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein Voltmeter und ein Amperemeter oder ein Impedanz­ meßgerät aufweist.

6. Verfahren zur Bestimmung der Zugfänge und zur Erkennung der Zugvollständig­ keit für Personenzüge mit einem führenden Fahrzeug mit Fahrzeugrechner sowie angehängten Wagen und einer über den gesamten Zug hinweg gekuppelt vorhan­ denen Informations- und/oder Steuerkabel, gekennzeichnet durch die Schritte:

• a) Anlegen einer Wechselspannung durch einen Frequenzgenerator zwischen zwei offenen Adern eines über den gesamten Zug hinweg gekuppelt vorhandenen Kabels;
• b) Messen von Strom und Spannung bzw. Impedanz am Eingang des Kabels
• c) Übergabe der Messwerte an einen Fahrzeugrechner, der auf Grund der gemes­ senen Werte und der repräsentativen Leitungsparameter der gewählten Schleife über eine hinterlegte Datei bzw. einen Algorithmus die Zuglänge ermittelt und eine Zugtrennung meldet, wenn sich die ermittelte Zuglänge während der Fahrt ändert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Fahrzeugrechner die ermittelte Zuglänge zur Freigabe der nicht mehr belegten Strecke weiterleitet.