DE10060380A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Heißläufer- und Festbremsortung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Festbrems- und Heißläuferortung. Derartige Systeme sind in vorbestimmten Abständen im Schienensystem (1) angeordnet und in Hohlschwellen (2) untergebracht. Herkömmlicherweise wird bei der Festbremsortung das Messsignal der Temperaturmessköpfe, mit denen die Temperatur der Achsen und Bremsen eines Zuges überwacht wird, zeitgleich mit einem Zuganwesenheitssignal an eine Standortelektronik (7) übermittelt. Dabei dient das Zuganwesenheitssignal als Synchronisationssignal, um den Temperaturverlauf den einzelnen Achsen und Bremsen des vorbeifahrenden Zuges zuzuordnen. Die Nachteile dieser Vorrichtung liegen in einer hohen Störanfälligkeit sowie in hohen Materialkosten. Diese Nachteile lassen sich vermeiden, wenn erfindungsgemäß eine Datenverarbeitungseinrichtung (5) in der Hohlschwelle (2) untergebracht ist und eine Datenreduktion durchführt, so dass die von der Datenverarbeitungseinrichtung (5) ausgegebene Signalrate kleiner ist als die Summe der eingehenden Signalraten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Heißläufer- und Festbremsortung bei Eisenbah­ nen, mit einem als Hohlschwelle ausgebildeten Gehäuse, mit einer Datenverarbeitungsein­ richtung, die über mindestens eine Messdatenleitung mit einer Sensorik zur Temperatur­ erfassung verbunden ist, und mit mindestens einer Datenübertragungsverbindung zur Aus­ gabe von Daten aus der Datenverarbeitungseinrichtung.

Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik beispielsweise als "Fahrwerk­ überwachungssysteme" bekannt und üblicherweise in einem als Hohlschwelle ausgestalte­ ten Gehäuse untergebracht. Die Hohlschwellen mit den Fahrwerküberwachungssystemen sind in bestimmten Abständen auf den Eisenbahnstrecken stationär installiert und überwa­ chen die Räder, Lager, Bremsen und Achsen der vorbeifahrenden Züge. Über eine Sensorik wird die Temperatur der Räder, Bremsen und Achsen der vorbeifahrenden Züge erfasst und ausgewertet. Um die Temperaturmessung jeweils der richtigen Achse des vorbeifahrenden Zuges zuordnen zu können, erfasst die Vorrichtung auch ein oder mehrere Zuganwesen­ heitssignale, durch welche während der Messung die relative Position des Zuges zur Sen­ sorik erfassbar ist.

Das Zuganwesenheitssignal und die Temperaturmesssignale werden dann nach außerhalb der Hohlschwelle zu einer Standortelektronik geleitet, wo sie in einem ersten Signal­ verarbeitungsschritt ausgewertet und in einem zweiten Signalverarbeitungsschritt für einen Benutzer meist graphisch dargestellt werden.

Problematisch ist bei den herkömmlichen Fahrwerküberwachungssystemen, dass sie nur sehr schwer zugänglich sind: Bei tags und nachts stark befahrenen Strecken stehen nur wenige Zeiträume zwischen Zugfahrten zur Verfügung, zu denen das Fahrwerküberwa­ chungssystem gewartet oder repariert werden kann. Besonders schwierig ist die Wartung und Reparatur bei Fahrwerküberwachungssystemen für Hochgeschwindigkeitsstrecken, da diese nur unter besonderen Sicherheitsvorkehrungen und nur zu bestimmten Zeiten über kurze Zeit zugänglich sind.

Nachteilig bei den herkömmlichen Fahrwerküberwachungssystemen sind die hohen Materi­ alkosten und die Fehleranfälligkeit des Systems.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das herkömmliche Fahrwerk­ überwachungssystem dahingehend zu verbessern, dass die Materialkosten verringert und die Fehleranfälligkeit des Systems verbessert werden.

Diese Aufgabe wird für die eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, dass die Datenverarbeitungseinrichtung innerhalb der Hohlschwelle angeordnet ist.

Diese Lösung ist konstruktiv einfach. Die Materialkosten des erfindungsgemäßen Systems liegen deutlich unter den Materialkosten der herkömmlichen Systeme. Wegen der Daten­ reduktion durch die innerhalb der Schwelle angeordnete Datenverarbeitungseinrichtung ist es erfindungsgemäß nunmehr möglich, die Daten zur Endauswertung und Darstellung an die Standortelektronik über die Datenübertragungsverbindung mit einer verringerten Daten­ rate auszugeben. Damit ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Materialaufwand für die Datenübertragungsleitungen wesentlich geringer als im Stand der Technik. Eine auf­ wändige Datenübertragung in Form von teuren Datenleitungen ist nur noch zwischen der Sensorik und der Datenverarbeitungseinrichtung nötig. Diese Datenübertragung findet erfin­ dungsgemäß nur noch innerhalb der Hohlschwelle statt.

Die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist erhöht, da die Hohlschwelle als Abschirmung und Schutz für die Datenverarbeitungsleitungen dient. Durch die verkürz­ ten Übertragungswege ist die Gefahr von Fehlern bei der Datenübertragung verringert.

Die Datenübertragungsverbindung kann eine bestimmte Anzahl von Datenübertragungslei­ tungen in Kabelform, als Lichtwellenleiter oder als elektrischer Leiter oder auch als Funk­ übertragungsstrecken umfassen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Datenverarbeitungseinrichtung ein Datenreduktionsmodul aufweisen, durch das die Datenrate in der Datenübertragungsver­ bindung gegenüber der Summe der Datenraten zumindest einer Teilmenge der Messdaten­ leitungen verringert ist. Mit dieser Maßnahme läßt sich die hohe Datenrate der Messdaten, gemessen beispielsweise in Kilobyte pro Sekunde, verringern, so dass die Weitergabe der Daten nach außerhalb der Schwelle weniger Aufwand erfordert.

Zur Verringerung der Datenrate gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Beispielsweise kann das Signal von der Datenverarbeitungseinrichtung nur dann ausgegeben werden, wenn ein bestimmter Zustand, beispielsweise ein von der Datenverarbeitungseinrichtung ausgewerteter Datensatz, vorliegt. In den Zeiten, in denen dieser Zustand nicht vorliegt, werden keine Daten von der Datenverarbeitungseinrichtung ausgegeben. Da die Datenrate der Ausgangsleitung kleiner als die Messdatenrate ist, findet bei keine Echtzeit- Datenübertragung mehr statt und die Daten müssen zwischengepuffert werden. Die Daten­ vorverarbeitung macht eine Echtzeitübertragung der Messdaten überflüssig, so dass die Datenübertragung mit einem gesicherten Protokoll und bidirektional erfolgen kann. Bei einer Störung der Datenübertragung, beispielsweise durch starke Magnetfelder, können die Daten erneut gesendet werden. Ein weiterer Vorteil einer bidirektionalen Leitung liegt darin, dass gleichzeitig Messdaten von der Datenverarbeitungseinrichtung an die Standortelektronik außerhalb der Hohlschwelle und Befehlssignale von der Standortelektronik an die Daten­ verarbeitungseinrichtung gesendet werden können.

Alle zeitkritischen Daten, die mit hoher zeitlicher Auflösung, also einer hohen Datenrate und zeitsynchron erfasst werden, werden erfindungsgemäß bereits in der Hohlschwelle durch die Datenverarbeitungseinrichtung verarbeitet. Durch diesen vorgelagerten Verabreitungs­ schritt in der Hohlschwelle müssen die Daten daher nicht mehr in Echtzeit nach außerhalb der Hohlschwelle übertragen werden.

Alternativ oder zusätzlich zu dieser Art der Datenübertragung können die hereinkommenden Messdaten auch in Echtzeit über Kompressionsalgorithmen komprimiert werden. Eine sol­ che Datenkompression ist verlustfrei oder aber mit Datenverlusten durchführbar.

Die von der Datenverarbeitungseinrichtung ausgegebenen Daten werden in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung an eine Standortelektronik ausgegeben, die außerhalb der Hohlschwelle, meist in einigen Metern Entfernung von der Hohlschwelle angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Vorrichtung zur Festbrems- und Heissläufer­ ortung einen Zuganwesenheitsmelder aufweisen, durch den beim Passieren eines Zuges an der Vorrichtung ein Zuganwesenheitssignal ausgebbar ist. Der Zuganwesenheitsmelder kann mit einer Datenleitung mit der Datenverarbeitungseinrichtung verbunden sein. Durch das Zuganwesenheitssignal kann die Datenverarbeitungseinrichtung auf einfache Weise bestimmen, wann eine Messung durchzuführen ist.

Der Zuganwesenheitsmelder kann so ausgestaltet sein, dass sich aus dem Zuganwesen­ heitssignal das Vorbeifahren einer jeden Achse herauslesen lässt. Als Zuganwesenheitsmelder kommen induktive, kapazitive, optische, magnetische oder akustische Sensoren in Betracht, die berührungsfrei oder nicht berührungsfrei messen. Der Zuganwesenheitsschal­ ter kann in unmittelbarer Nähe einer Schiene angeordnet sein.

Zur Messung der Temperatur der Achsköpfe und/oder der Bremsen kann die Vorrichtung in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zumindest einen Infrarotmesskopf als Sensorike­ lement aufweisen. Die Anzahl der in der Vorrichtung verwendeten Sensorikelemente richtet sich nach der Anzahl der Stellen einer Achse, an denen die Temperatur zu messen ist. Bei­ spielsweise können zwei Infrarotmessköpfe vorgesehen sein, wenn beide Lager einer Ach­ se gemessen werden sollen. Je nach Ausrichtung der Messköpfe können dabei sowohl au­ ßenliegende als auch innenliegende Lager erfasst werden. Gerade bei innenliegenden La­ gern ist die Ausgestaltung als Hohlschwelle von Vorteil, da ohne großen Aufwand der Messkopf auf den Achsraum zwischen den Rädern gerichtet werden kann.

In einer maximalen Ausstattung der Vorrichtung zur Heißläufer- und Festbremsortung sind vier Messköpfe vorgesehen, die je nach Ausrichtung der Messköpfe bzw. Ausführung der zu vermessenden Züge die beiden Lager und die beiden Bremsen und/oder Räder, oder aber die vier Lager einer Achse vermessen. Durch die Datenverarbeitungseinrichtung inner­ halb der Hohlschwelle können auch verschiedene Steueraufgaben ausgeführt werden, so dass sie auch als Steuerelement fungiert. Diese Steuerungsfunktionen sind weiter unten beschrieben.

Ein einfacher konstruktiver Aufbau der Vorrichtung lässt sich dann erreichen, wenn die Sen­ sorik in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ein Spiegelsystem umfasst, durch das die Infrarotstrahlung von einer Bremse oder Achse zum Infrarotmesskopf umgelenkt ist. Auf­ grund der Umlenkung der auf den Infrarotmesskopf fallenden Infrarotstrahlen durch das Spiegelsystem lässt sich die Lage des Infrarotkopfes in der Hohlschwelle leicht bestimmen.

Zur Reinigung der Spiegel kann ein Motor vorgesehen sein, der den Spiegel in seiner Ebe­ ne dreht, so dass durch die Zentrifugalbeschleunigung der Schmutz auf dem Spiegel ent­ fernt wird. In vorteilhafter Weise wird dieser Motor von der Datenverarbeitungseinrichtung gesteuert.

Um zu verhindern, dass zu den Zeiten, in denen keine Messungen durchgeführt werden, Schmutz durch den Strahlengang der Infrarotstrahlen in die Hohlschwelle fällt und die Infrarotmessköpfe und die Spiegel verschmutzt, kann eine Verschluss- oder Abdeckeinrichtung vorgesehen sein, durch welche die Öffnung des Strahlengangs wiederholt geöffnet und ge­ schlossen bzw. abgedeckt werden kann. Hierzu kann die Verschlusseinrichtung eine mit der Datenverarbeitungseinrichtung verbundene Betätigungseinrichtung aufweisen, durch die eine Strahlengangabdeckung betätigt ist. Somit kann auch die Strahlengangabdeckung von der Datenverarbeitungseinrichtung betätigt werden.

Um im Winter den Schnee über der Strahlengangabdeckung wegzuschmelzen oder eine Vereisung der Strahlengangabdeckung zu verhindern, kann Verschlusseinrichtung mindes­ tens ein vorzugsweise durch die Datenverarbeitungseinrichtung betätigbares Heizelement aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung sind auch die Heizfunktionen und deren Steuerung vorteilhaft in der Datenverarbeitungseinrichtung integriert.

Die Datenverarbeitungseinrichtung kann weiter auch ein Temperatursteuerungsmodul auf­ weisen. Mit diesem Temperatursteuerungsmodul kann die Temperatur in bestimmten Berei­ chen der Vorrichtung oder die Temperatur von temperaturempfindlichen Komponenten in­ nerhalb eines Betriebsbereiches gehalten werden. Beispielsweise kann die Temperatur der Datenverarbeitungseinrichtung selber, die Temperatur von Sensorikelementen, oder die Temperatur der Verschlusseinrichtung gesteuert werden.

Um den Messdatenverlauf den einzelnen Achsen eines vorbeifahrenden Zuges exakt zu­ ordnen zu können, wird von der Datenverarbeitungseinrichtung in einer weiteren vorteilhaf­ ten Ausgestaltung ein Synchronisationssignal (oder mehrere Synchronisationssignale) aus­ gewertet. Dieses Synchronisationssignal wird beispielsweise von einem Zuganwesenheits­ melder erzeugt, der die Passage einzelner Achsen registriert und als Synchronisationsgeber dient. Dieses Synchronisationssignal kann bei dieser Ausgestaltung von der Datenverarbei­ tungseinrichtung empfangen werden.

Falls der Synchronisationsgeber nicht direkt an der Sensorik sitzt, kann die Datenverarbei­ tungseinrichtung auch die Zeitverzögerung zwischen Messdaten und Synchronisationssig­ nal berechnen, indem die Geschwindigkeit des vorbeifahrenden Zuges berechnet wird.

Um die Auswertung und die Signalübertragung zu erleichtern, wird das mindestens eine Synchronisationssignal mit den Messdaten innerhalb der Hohlschwelle kombiniert und so das Ausgangssignal gebildet. Durch diese Kombination des Messdaten- mit dem Synchronisationssignal ist keine Echtzeitübertragung mehr notwendig, da die Zuordnung der Messdaten zum Synchronisationssignal im kombinierten Signal enthalten ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Ausgangssignal nur dann erzeugt, nachdem die Zuganwesenheitsmelder durch eine Zustandsänderung die Anwesenheit eines Zuges signalisiert haben. Auf diese Weise wird die Rechenkapazität der Datenverarbei­ tungseinrichtung nicht zu stark beansprucht.

Um die Datenrate zu senken, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung das Aus­ gangssignal durch die Datenverarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit vom Zustand der Zuganwesenheitsmelder ausgesandt werden. Eine Datenübertragung nach außerhalb der Hohlschwelle findet bei dieser Ausgestaltung nur dann statt, wenn eine Messung stattge­ funden hat.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren gelöst, das folgende Schritte erfasst: Empfangen von Messdaten von einer Sensorik zur Temperatur­ messung durch eine Datenverarbeitungseinrichtung innerhalb der Hohlschwelle und Erzeu­ gen eines Ausgabesignals in Abhängigkeit von den Messdaten durch die Datenverarbei­ tungseinrichtung, Reduzieren der Datenrate der Messdaten von der Sensorik durch die Da­ tenverarbeitungsanlage;

Aussenden des Ausgabesignals mit einer verringerten Datenrate gegenüber den Messdaten über eine Datenverbindung nach außerhalb der Hohlschwelle.

Im folgenden werden der Aufbau und die Funktion der Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen genauer beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Übersicht der Komponenten eines erfindungsgemäßen Fahr­ werküberwachungssystems;

Fig. 2 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 3 den schematischen Aufbau einer Datenverarbeitungseinrichtung, wie sie bei dem Ausführungsbeispiel verwendet wird.

Zunächst wird der Gesamtaufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrwerküberwachungssystems anhand der Fig. 1 beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Schienenweg 1, der in bestimmten Abständen mit jeweils einer Hohl­ schwelle 2 ausgestattet ist. Die Hohlschwelle 2 ist vorzugsweise aus einem dielektrischen Metall gefertigt und dient beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 als Gehäuse zur Aufnahme von Komponenten des Fahrwerküberwachungssystems. Somit wirkt die Hohlschwelle 2 als Käfig, der die darin untergebrachten Komponenten wirksam elektromagnetisch abschirmt. Diese Komponenten umfassen Zuganwesenheitsmelder 3, die Sensorik 4 zur berührungslo­ sen Temperaturerfassung sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung 5.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind drei Zuganwesenheitsmelder 3 in Fahrtrichtung F des Zuges voneinander beabstandet vorgesehen. Der Abstand zwischen den einzelnen Zuganwesenheitsmeldern 3 einerseits und zwischen den Zuganwesenheitsmeldern und der Hohlschwelle 2 andererseits hängt dabei von der erlaubten oder durchschnittlichen Ge­ schwindigkeit der Züge auf dem Streckenabschnitt ab, an dem die Hohlschwelle 2 ange­ bracht ist. Da die Zuganwesenheitsmelder leicht zu versetzen sind, kann das Fahrwerk­ überwachungssystem einfach an eine Änderung der erlaubten oder durchschnittlichen Ge­ schwindigkeit der Züge auf dem Streckenabschnitt angepasst werden.

Die Zuganwesenheitsmelder 3 sind über Datenleitungen 6a, die Sensorik 4 ist über Messda­ tenleitungen 6b (vgl. Fig. 3) mit der Datenverarbeitungseinrichtung 5 verbunden. Beim Aus­ führungsbeispiel der Fig. 1 sind die Datenleitungen 6a analoge Datenleitungen, die Messda­ tenleitungen 6b von der Sensorik 4 zur Datenverarbeitungseinrichtung 5 sind beim Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 1 Lichtwellenleiter. Als Datenleitungen können grundsätzlich Lichtwel­ lenleiter oder analoge oder digitale Signalleitungen verwendet werden. Um die gewöhnlich­ erweise analogen Signale von der Sensorik 4 zu digitalisieren, können zwischen der Senso­ rik 4 und der Datenverarbeitungseinrichtung 5 analog-digital Konverter angeordnet sein.

In einer bestimmten Entfernung vom Schienenweg, die nur wenige Meter, aber auch mehre­ re Kilometer betragen kann, befindet sich eine Standortelektronik 7. Die Standortelektronik 7 ist über eine Datenübertragungsverbindung 8 mit der Datenverarbeitungseinrichtung 5 in­ nerhalb der Hohlschwelle 2 verbunden. Die Datenübertragungsverbindung 8 kann in Form eines Kabels, beispielsweise eines Lichtwellenleiters oder eines elektrischen Kabels, oder aber auch in Form eines Funkübertragungsweges ausgestaltet sein. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Datenübertragungsverbindung 8 in Form eines Ethernet-Kabels ausgeführt.

Die Standortelektronik 7 ist über eine weitere Datenverbindung 9 mit einer Zentrale 10 ver­ bunden, in der die Ergebnisse einer Messung durch das Fahrwerküberwachungssystem dem Betriebspersonal dargestellt werden.

Fig. 2 zeigt den Aufbau der Hohlschwelle 2 des Fahrwerküberwachungssystems. Das Aus­ führungsbeispiel in der Fig. 2 ist in einem Zustand gezeigt, in dem eine Achse eines Zuges über die Vorrichtung fährt und eine Messung durchgeführt wird.

Die Sensorik 4 besteht aus Infrarotmessköpfen 20, durch welche die Temperatur eines Kör­ pers berührungslos über größere Distanzen erfassbar sind. Anstelle von Infrarotköpfen kön­ nen auch andere berührungslos messende Vorrichtung verwendet werden. Jeder Infrarot­ messkopf 20 weist vier Sensoren auf, durch die der flächige Messbereich eines Infrarot­ messkopfes 20 bestimmt ist. Jeder Sensor misst die Infrarotstrahlung bestimmter Wellen­ längen in einem eigenen Sektor 21. Die Sektoren 21 sind so ausgerichtet, dass sie auf die Lager A und/oder die Räder oder Bremsen B eines vorbeifahrenden Zuges gerichtet sind.

Bei der Ausrichtung der Sektoren 21 sind Unterschiede im Aufbau der einzelnen Züge be­ rücksichtigt, um nicht die Anwendbarkeit der Vorrichtung nur auf wenige Zugmodelle zu be­ schränken. Dies ist schematisch auf der linken Seite der Fig. 2 dargestellt, wo zwei Lager verschiedener Baureihen angedeutet sind, die von den Sektoren 21 noch sicher erfasst werden, obwohl sie in verschiedenen Höhen über den Schienen angeordnet sind und ver­ schiedene Bauelemente des Fahrwerks Teile des Messbereichs des Infrarotkopfes abde­ cken können.

Um mehrere Messstellen an einem Zug zu erfassen, beispielsweise die Räder/Bremsen und die Lager an beiden Enden einer Achse bzw. die innenliegenden Lager zwischen den Rä­ dern, sind mehrere Infrarotköpfe 20 vorgesehen. Die Messköpfe sind im wesentlichen iden­ tisch aufgebaut und mit denselben Peripheriegeräten ausgestattet. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist mit insgesamt vier Sensoreinheiten 4 versehen, die jeweils einen Infrarotmess­ kopf 20 aufweisen. Mit diesem Fahrwerküberwachungssystem ist eine Überwachung der beiden Lager A und der beiden Bremsen oder Räder B einer Achse möglich.

Die Sensorik umfasst des weiteren einen Spiegel 22 für jeden Infrarotmesskopf 20, durch den die in einen Sektor 21 fallenden Infrarotstrahlen zum Infrarotmesskopf 20 umgelenkt werden. Jeder Spiegel 22 ist mit einem Motor 23 versehen, der den Spiegel in der Spiegel­ ebene dreht, um auf der Oberfläche des Spiegels 22 liegenden Schmutz wegzuschleudern und um zu einer glatteren Reflektion zu führen, da durch die Drehung des Spiegels Un­ ebenheiten der Spiegelfläche ausgemittelt werden. Jeder Spiegel 22 bildet mit einem Motor 23 ein Spiegelsystem.

In einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform können die Messköpfe 20 auch direkt auf die zu vermessenden Fahrwerksabschnitte der vorbeifahrenden Züge gerichtet sein. In diesem Fall fallen die Infrarotstrahlen ohne Umlenkung direkt auf die Messköpfe.

Über jedem Spiegel 22 ist eine bewegliche Schutzklappe 24 angeordnet. Durch die Schutz­ klappe 24 kann eine Strahlengangöffnung 25, durch welche die Infrarotstrahlen in das Inne­ re der Hohlschwelle geleitet werden, verschlossen und geöffnet werden. Bei verschlossener Schutzklappe 24 kann kein Schmutz in das Innere der Hohlschwelle 2 treten, insbesondere kann der Spiegel 22 nicht verschmutzen. Die Schutzklappe 24 wird durch einen Motor oder einen Elektromagneten geöffnet oder geschlossen und bildet somit eine Strahlengangabde­ ckung bzw. Verschlussvorrichtung, durch die der Strahlengang zwischen den Messphasen abgedeckt bzw. verschlossen wird.

Pro Schutzklappe ist eine Steuerleitung von der Datenverarbeitungseinrichtung zur Schutz­ klappe 24 geführt. Die Datenverarbeitungseinrichtung übernimmt die Steuerung der Schutz­ klappen, wozu neben dem Öffnen und Schließen der Schutzklappe 24 auch die Messung der Temperatur in der Umgebung der Schutzklappe, das Beheizen der Schutzklappe bei Umgebungstemperaturen unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes und die Erfassung der Lagen der Schutzklappen 24 durch Positionsfühler wie beispielsweise Endlagenschalter gehört. Diese Funktionen werden im folgenden kurz erläutert:
Der Motor 23 und die Schutzklappe 24 sind über Signalleitungen 27 und 28 (vgl. Fig. 3) an die Datenverarbeitungseinrichtung 5 angeschlossen. Über die Signalleitung 28 einer Schutzklappe 24 sind auch Endschalter abfragbar, so dass eine Rückmeldung bei geöffne­ ter und geschlossener Schutzklappe 24 in Form eines Signals an die Datenverarbeitungs­ einheit ausgebbar ist.

Damit im Winter der Strahlengang der Infrarotköpfe 20 frei bleibt und die Schutzklappen nicht festfrieren, sind die Schutzklappen 24 mit Heizelementen (nicht gezeigt) ausgestattet. Die Heizelemente sind über eine in der Fig. 2 nicht dargestellte Leitung ebenfalls mit der Datenverarbeitungseinrichtung 5 verbunden. Jeder Schutzklappe 24 ist ein Temperatursen­ sor (nicht gezeigt) zugeordnet, durch den die Temperatur im Bereich der entsprechenden Schutzklappe 24 erfassbar ist. Die Temperatursensoren sind mit der Datenverarbeitungsein­ richtung 5 versehen. Sinkt die durch einen Temperatursensor erfasste Temperatur unterhalb eines vorbestimmten und einstellbaren Schwellenwerts, beispielweise 2°C, so werden die Heizelemente automatisch betätigt.

Der gesamte Aufbau mit den Infrarotmessköpfen 20 und den zugeordneten Spiegelsyste­ men 22, 23 ist auf einer optischen Bank 30 montiert, die über Schwingungsdämpfer 31 er­ schütterungsfrei in der Hohlschwelle gehalten ist.

In Fig. 3 ist der Aufbau der Datenverarbeitungseinrichtung 5 gezeigt. Die Datenverarbei­ tungseinrichtung 5 weist mehrere Funktionsmodule auf. Über ein Spiegelbetätigungsmodul 50 wird der Motor 23 der Spiegel betätigt. Je nach Ausführungsvariante können dabei sämt­ liche Motoren aller Spiegel auf einmal oder nur die Motoren einzelner Spiegel betätigt wer­ den.

Weiter weist die Datenverarbeitungseinrichtung 5 ein Schutzklappenbetätigungsmodul 51 auf, durch das die der Schutzklappen 24 einzeln oder je nach Ausführungsvariante auch nur oder wahlweise zusammen betätigbar sind. Über das Schutzklappenbetätigungsmodul wer­ den auch die von den Temperatursensoren der Schutzklappen 24 ermittelten Temperaturen überwacht und bei Bedarf selbständig die Heizelement betätigt. Hierzu führen die Datenlei­ tungen 28 zu den entsprechenden Komponenten einer Schutzklappe 24 und den der Schutzklappe zugeordneten Peripheriegeräten.

An ein Temperaturerfassungsmodul 52 sind weitere Temperatursensoren angeschlossen, durch welche Temperaturen an anderen Stellen innerhalb oder außerhalb der Hohlschwelle oder die Temperaturen von Komponenten des Fahrwerküberwachungssystems gemessen werden können.

Über ein Temperatursteuerungsmodul 53 kann die Datenverarbeitungseinrichtung 5 mittels den Temperatursensoren und den Heizelementen beliebig vorgebbare Betriebstemperatu­ ren regeln, indem die Heizleistung der Heizelemente automatisch eingestellt wird.

Die Stromversorgung der Datenverarbeitungseinrichtung 5 erfolgt über eine Leistungs- und Versorgungselektronik 54 und eine Stromversorgungsleitung 54', die für den Betrieb der Heizelemente ausreichend bemessen sein muss.

Die Datenverarbeitungseinrichtung 5 weist ferner ein A/D-Datenkonvertierungsmodul 55 auf, durch das die analogen Signale der Zuganwesenheitsmelder 3, die über die Leitung 6a ü­ bertragen werden, digitalisiert werden.

Ein weiteres Datenkonvertierungsmodul 60 bereitet die Signale der Infrarotmessköpfe auf und leitet sie einem Signalprozessormodul 61 zu. Die Daten der Zuganwesenheitsmelder 3 und der Infrarotmessköpfe 24 werden dann im digitalen Signalprozessormodul 61 ausge­ wertet und das Ergebnis der Auswertung wird über eine Ausgangsleitung 62 an weitere Komponenten innerhalb der Datenverarbeitungseinrichtung ausgegeben. Die Datenrate der Ausgangsleitung 62 ist dabei kleiner als die kombinierte Datenrate der Eingangsleitungen 6a und 6b, so dass das Signalprozessormodul 61 als Datenreduktionsmodul 61 eine Daten­ reduktion durchführt.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird das Ergebnis der Auswertung durch das Signal­ prozessormodul 61 über eine Ethernetschnittstelle 65 in das entsprechende Datenformat umgewandelt und mit dem entsprechenden Datenprotokoll versehen. Anstelle einer Ether­ netschnittstelle kann auch eine Schnittstelle mit einem anderen Protokoll für einen bidirekti­ onalen Datenaustausch verwendet werden. Durch die Bidirektionalität des Datenaustau­ sches ist sichergestellt, dass eine Störung beim Datenaustausch mit der Standortelektronik festgestellt werden und eine Wiederholung der Datenübertragung stattfinden kann.

Im folgenden wird die Funktion der Erfindung anhand des in den Fig. 1-3 beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Nähert sich ein Zug der Fahrwerküberwachungsanlage, so betätigt er beim Überfahren den in Fahrtrichtung F des Zuges zweiten Zuganwesenheitsmelder 3, der daraufhin ein Zugan­ wesenheitssignal über die Datenleitung 6a an die Datenverarbeitungsanlage 5 aussendet. Auf dieses Zuganwesenheitssignal hin öffnet die Datenverarbeitungsanlage 5 die Schutzklappen 24 und betätigt die Motoren 23 für die Spiegel 22. Je nach Entfernung des klappen 24 und betätigt die Motoren 23 für die Spiegel 22. Je nach Entfernung des zweiten Zuganwesenheitsmelders 3 von den Infrarotköpfen 4 bzw. der Hohlschwelle 2 und der Ge­ schwindigkeit des Zuges kann das Öffnen der Schutzklappen 24 und die Betätigung der Motoren 23 mit einer Zeitverzögerung erfolgen.

Der Zuganwesenheitsmelder 3 gibt dabei jedes Mal dann ein Signal aus, wenn ein Rad des ankommenden Zuges in seinen Messbereich fällt. Hierzu kann der Zuganwesenheitsmelder ein induktives, kapazitives oder optisches Messverfahren verwenden. Im Zuganwesenheits­ signal ist somit die Passage eines jeden Rades unterscheidbar enthalten.

Aus der Differenz der Signale des in Fahrtrichtung F des Zuges ersten und zweiten Zugan­ wesenheitsmelders 3 kann durch die Datenverarbeitungseinrichtung 5 die Geschwindigkeit des Zuges über den Abstand der beiden Melder voneinander bestimmt werden.

Die Infrarotmessköpfe 24 sind ständig in Betrieb - auch wenn kein Zug über die Hohlschwelle rollt und die Schutzklappen 24 verschlossen sind - und senden kontinuierlich Daten über die Datenleitung 6b an die Datenverarbeitungseinrichtung 5. Die Zuordnung dieses kontinuierlichen Datenstroms zu bestimmten Achsen und Bremsen eines über die Hohlschwelle fahrenden Zuges wird durch ein Synchronisationssignal wesentlich erleichtert. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 wird dieses Synchronisationssignal vom in Fahrt­ richtung F des Zuges zweiten Zuganwesenheitsschalter bzw. -melder erzeugt. In diesem Signal ist die Information erhalten, wann eine Achse des Zuges in den Messbereich der Inf­ rarotmessköpfe 20 fährt.

Dazu muss der zweite Zuganwesenheitsmelder nicht direkt über der Hohlschwelle 2 bzw. dem Infrarotmesskopf 20 liegen, da über die errechnete Geschwindigkeit des Zuges even­ tuelle Zeitverzögerungen zwischen dem Messsignal der Infrarotmessköpfe 20 und des Zug­ anwesenheitsschalter 3 berücksichtigt werden können.

Die Berechnung der Geschwindigkeit des Zuges und die Berücksichtigung eventueller Zeit­ verschiebungen aufgrund eines räumlichen Abstandes zwischen den einzelnen Signalge­ bern werden durch die Datenverarbeitungseinrichtung 5 durchgeführt.

Sobald die letzte Achse des Zuges den dritten, in Fahrtrichtung F des Zuges letzten Zugan­ wesenheitsschalter passiert hat, werden die Schutzklappen 24 durch die Daten­ verarbeitungseinrichtung 5 geschlossen, indem ein Schließsignal von der Datenverarbeitungseinrichtung 5 ausgegeben wird. Gleichzeitig werden die Motoren 23 der Spiegel 22 durch die Datenverarbeitungseinrichtung 5 abgeschaltet.

Die Datenverarbeitungseinrichtung erfasst sowohl das Ankommen eines Zuges und das dadurch ausgelöste Öffnen der Schutzklappen 24 sowie das Wegfahren eines Zuges und das dadurch ausgelöste Schließen der Schutzklappen 24. Diese beiden Zeitpunkte des Öff­ nen und des Schließens markieren den Anfang und das Ende einer Messung. Die Daten­ verarbeitungseinrichtung 5 des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 bis 3 führt eine Datenreduk­ tion durch, indem Messungen außerhalb des Zeitintervalls zwischen dem Öffnen und Schließen nicht ausgewertet und auch nicht an die Standortelektronik 7 ausgegeben wer­ den.

Die Datenmenge kann nochmals verringert werden, wenn die Datenverarbeitungseinrich­ tung 5 die Daten so vorbearbeitet, dass aus dem kontinuierlich empfangenen Signal der Messköpfe 20 nur diejenigen Signalanteile beibehalten und an die Standortelektronik ge­ sendet werden, in denen tatsächlich Messsignale des Fahrwerks enthalten sind. Die Mess­ daten des Unterbodens des vorbeifahrenden Zuges oder die Messdaten bei geschlossener Schutzklappe 24 werden bei dieser Ausführung mit Hilfe des Zuganwesenheitssignals er­ kannt und herausgefiltert.

Zusätzlich oder alternativ zu dieser Art der Datenreduktion kann die Datenverarbeitungs­ einrichtung 5 auch einen Datenkompressionsalgorithmus ausführen, durch den die Datenra­ te mit oder ohne Datenverlust durchgeführt werden kann. Für die Datenkompression gibt es im Stand der Technik eine Reihe von fertigen Lösungen, die ein Fachmann auf das vorlie­ gende Datenübertragungsproblem anwenden kann. Die Datenkompression kann insbeson­ dere über ein separates Kompressionsmodul 66 in Form eines integrierten Schaltkreises erfolgen. Eine Echtzeit-Datenübertragung ist aufgrund der verringerten Datenüber­ tragungsrate der Ausgangssignalleitung 62 nur mit einer Datenkompression möglich.

Noch während der Zug über die Hohlschwelle 2 rollt, wertet die Datenverarbeitungs­ einrichtung 5 die von den Zuganwesenheitsmeldern 3 und von den Infrarotmessköpfen 20 ankommenden Signale bzw. Messdaten aus und kombiniert diese zu einem Ausgangs­ signal. Bei dieser Kombination werden die Signale der Infrarotmessköpfe 20 und das Signal eines Zuganwesenheitsmelders bereits unter Berücksichtigung eventueller Zeitverschiebun­ gen miteinander korrekt synchronisiert.

Eine Kombination der Messdaten mit dem Zuganwesenheitssignal während der Messung kann beispielsweise durch ein digitales Multiplex-Signal erfolgen. Da die Ausgangsdatenrate kleiner ist als die Eingangsdatenrate, ist die Datenverarbeitungseinrichtung 5 mit einem Da­ tenpuffer 67 versehen, in dem die auszugebenden Signale zwischengespeichert werden.

Alternativ können die Signale der Infrarotmessköpfe 29 und das von den Zuganwesenheits­ meldern abgeleitete Synchronisationssignal auch als jeweils vollständiger Datensatz in ei­ nem Datenpuffer zwischengespeichert und dann hintereinander an die Standortelektronik ausgegeben werden. Dabei können die entsprechenden Datensätze von der Datenverarbei­ tungseinrichtung mit Zeitmarkierungen versehen werden, die eine einfache Synchronisation der sequentiellen Datensätze durch die Standortelektronik ermöglichen.

In beiden Fällen wird die Ausgabe des Datensignals an die Standortelektronik erst durch die erfolgte Messung ausgelöst, die wiederum aufgrund des Zustands der Zuganwesenheits­ melder initiiert wird. Damit hängt die Ausgabe des Ausgangssignals vom Zustand der Zug­ anwesenheitsmelder ab.

Die Ausgabe des Ausgangssignals kann in allen Fällen schon während der laufenden Mes­ sung erfolgen, oder aber erst dann, wenn die Messungen abgeschlossen sind.

In der Standortelektronik 7 werden die von der Datenverarbeitungseinrichtung 5 ausgege­ benen Signale unter Berücksichtigung des Synchronisationssignals ausgewertet. Als Er­ gebnis der Auswertung bestimmt die Standortelektronik 7, ob einzelne Achsen, Lager, Rä­ der oder Bremsen heißgelaufen und/oder festgefressen sind. Durch die Standortelektronik werden dann die Ergebnisse in graphischer Form auf einem Bildschirm in einer Überwa­ chungszentrale oder über ein Telemetriesystem auch beim Lokführer des gerade vermes­ senen Zuges ausgegeben.

In einer weiteren, nicht in den Zeichnungen dargestellten Variante kann die Funktionalität der Standortelektronik auch in die Datenverarbeitungseinrichtung 5 integriert sein.

Claims (22)

1. Vorrichtung zur Heißläufer- und Festbremsortung bei Eisenbahnen, mit einem als Hohlschwelle ausgebildeten Gehäuse, mit einer Datenverarbeitungseinrichtung, die über mindestens eine Messdatenleitung mit einer Sensorik zur Temperaturerfassung verbunden ist, und mit mindestens einer Ausgangsdatenleitung zur Ausgabe von Da­ ten aus der Datenverarbeitungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Da­ tenverarbeitungseinrichtung (5) innerhalb der Hohlschwelle (2) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten­ verarbeitungseinrichtung (5) ein Datenreduktionsmodul (61) aufweist, durch das die Datenrate in der Datenübertragungsverbindung (8) gegenüber der Summe der Da­ tenraten zumindest einer Teilmenge der Messdatenleitungen (6) verringert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenver­ arbeitungseinrichtung (5) über die Datenübertragungsverbindung (8) mit einer au­ ßerhalb der Hohlschwelle (2) angeordneten Standortelektronik (7) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (5) über zumindest eine Datenleitung (6a) mit zumindest einem Zuganwesenheitsmelder (3) verbunden ist, durch den beim Passieren eines Zuges an der Vorrichtung ein Zuganwesenheitssignal ausgebbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (4) zumindest einen Infrarotmesskopf (20) zur berührungsfreien Temperaturmessung umfasst.

6. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (4) ein Spiegelsystem (22, 23) umfasst, durch das die Infrarotstrahlung von mindestens einem Fahrwerksteil (A, B) eines vorbeifahrenden Zuges zum Infrarotmesskopf (20) umgelenkt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelsystem einen durch die Datenverarbeitungseinrichtung (5) betätigbaren Motor (23) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahlung von mindestens einem Fahrwerksteil (A, B) eines vorbei­ fahrenden Zuges in zumindest einen Infrarotmesskopf (20) direkt fällt.

9. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschlusseinrichtung (24, 26) vorgesehen ist, durch die eine Strahlen­ gangöffnung (25) für die in den Infrarotmesskopf (20) eintretenden Infrarotstrahlen wiederholt verschließbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussein­ richtung (24, 26) mit der Datenverarbeitungseinrichtung (5) verbunden ist, und dass die Verschlusseinrichtung (24, 26) durch die Datenverarbeitungseinrichtung (5) betä­ tigbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver­ schlusseinrichtung (24, 26) mindestens ein vorzugsweise durch die Datenverarbei­ tungseinrichtung (5) betätigbares Heizelement aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (5) ein Temperatursteuerungsmodul (53) zur Steue­ rung der Heizleistung zumindest eines Heizelements der Verschlusseinrichtung (24, 26) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung (8) vorgesehen ist, die mit einer außerhalb der Hohlschwelle (2) angeordneten Standortelektronik verbunden ist, wobei im Betrieb über die Leitung (8) sowohl Messdaten von der Datenverarbeitungseinrichtung (5) als auch Befehlssigna­ le an die Datenverarbeitungseinrichtung (5) übertragbar sind.

14. Verfahren zur Heißläufer- und Festbremsortung, umfassend folgende Verfahrens­ schritte:

• - Empfangen von Messdaten von einer Sensorik zur Temperaturmessung durch eine Datenverarbeitungseinrichtung innerhalb einer Hohlschwelle (2);
• - Erzeugen eines Ausgabesignals in Abhängigkeit von den Messdaten durch die Datenverarbeitungseinrichtung;
• - Reduzieren der Datenrate der Messdaten von der Sensorik (4) durch die Daten­ verarbeitungsanlage (5);
• - Aussenden des Ausgabesignals mit einer verringerten Datenrate gegenüber den Messdaten über eine Datenübertragungsverbindung (8) nach außerhalb der Hohlschwelle (2).

15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:

• - Empfangen mindestens eines Synchronisationssignals von einem Zuganwesen­ heitsmelder (3) durch die Datenverarbeitungseinrichtung (5).

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch folgenden Verfah­ rensschritt:

• - Kombinieren des mindestens einen Synchronisationssignals mit den Messdaten zum Ausgangssignal innerhalb der Hohlschwelle (2).

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:

• - Erzeugen des Ausgangssignals in Abhängigkeit vom Zustand der Zuganwesen­ heitsmelder (3).

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:

• - Aussenden des Ausgangssignals durch die Datenverarbeitungseinrichtung (5) in Abhängigkeit vom Zustand der Zuganwesenheitsmelder (3).

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:

• - Empfangen und Verarbeiten des Ausgangssignals durch eine Standortelektronik (7).

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:

• - Betätigen einer Verschlusseinrichtung (24, 26) zum Öffnen und Schließen einer Strahlengangöffnung (25) durch die Datenverarbeitungseinrichtung (5) in Abhän­ gigkeit vom Zustand mindestens eines Zuganwesenheitsmelders (3).

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:

• - Betätigen eines Spiegelmotors (23) durch die Datenverarbeitungseinrichtung (5) in Abhängigkeit vom Zustand mindestens eines Zuganwesenheitsmelders (3).

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:

• - Überwachen der Temperatur an zumindest einer Verschlusseinrichtung (24, 26) durch die Datenverarbeitungseinrichtung (5) und automatisches Betätigen eines Heizelements durch die Datenverarbeitungseinrichtung (5) in Abhängigkeit von der überwachten Temperatur.