DE10123433A1 - Verfahren zur Gleisfreilängenmessung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gleisfreilängenmessung, bei dem zum Bestimmen der schienenfahrzeugfreien Gleislänge (A) eines Gleises (10) an einer Gleiseinspeisestelle (40) ein Strom (I) mit einer vorgegebenen Frequenz in die Schienen des Gleises (10) eingespeist wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist ein solches Verfahren besonders genau, wenn der Strom (I) mit einer Konstantstromquelle (110) eingespeist wird, der Spannungsabfall (U1) an der Gleiseinspeisestelle (40) unter Bildung eines Spannungsmesswertes DOLLAR I1 gemessen wird, mit dem Spannungsmesswert DOLLAR I2 und mit einem den Strom (I) der Konstantstromquelle angebenden Stromwert (I1) durch Quotientenbildung ein den Blindwiderstand des Gleises an der Gleiseinspeisestelle (40) angebender Blindwiderstandswert (Rb) gebildet wird und unter Heranziehung des Blindwiderstandswerts (Rb) die schienenfahrzeugfreie Gleislänge (A) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gleisfrei­ längenmessung, bei dem zum Bestimmen der schienenfahrzeug­ freien Gleislänge eines Gleises an einer Gleiseinspeisestelle ein Strom mit einer vorgegebenen Frequenz in die Schienen des Gleises eingespeist wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der deutschen Offenlegungs­ schrift DE 31 27 672 A1 bekannt. Bei diesem vorbekannten Ver­ fahren wird in einen vorgegebenen Gleisabschnitt ein Strom mit einem Oszillator eingespeist. Die Oszillatorfrequenz ist bei dem vorbekannten Verfahren von der Induktivität des Glei­ ses abhängig, so dass eine Veränderung der Induktivität des Gleises die Resonanzfrequenz des Oszillators verändert. Fährt nun ein Schienenfahrzeug in den Gleisabschnitt ein, so verän­ dert sich die Induktivität des Gleises, weil - je nach Posi­ tion des Schienenfahrzeugs - ein Teil des Gleises durch die erste Achse des Schienenfahrzeugs kurzgeschlossen wird. Auf­ grund der Veränderung der Gleisinduktivität verändert sich nun die Schwing- bzw. Oszillatorfrequenz des Oszillators, die unter Bildung eines Oszillatorfrequenzmesswertes gemessen wird; durch Auswertung dieses Oszillatorfrequenzmesswertes wird dann die schienenfahrzeugfreie Gleislänge bestimmt. Zu­ sammengefasst macht sich das vorbekannte Verfahren zunutze, dass die Oszillatorfrequenz ein Maß für die freie Länge des zugehörigen Gleisabschnitts ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders ge­ naues Verfahren zur Gleisfreilängenmessung anzugeben.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Strom mit einer Konstantstromquelle eingespeist wird, der Spannungsabfall an der Gleiseinspeisestelle unter Bildung ei­ nes Spannungsmesswertes gemessen wird, mit dem Spannungsmess­ wert und mit einem den Strom der Konstantstromquelle angege­ benden Stromwert durch Quotientenbildung ein den Blindwider­ stand des Gleises an der Gleiseinspeisestelle angebender Blindwiderstandswert gebildet wird und unter Heranziehung des Blindwiderstandswerts die schienenfahrzeugfreie Gleislänge ermittelt wird.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, dass mit diesem eine besonders große Messge­ nauigkeit insbesondere bei langen Gleisabschnitten erzielt wird; dies liegt konkret daran, dass im Unterschied zu dem vorbekannten Verfahren nicht die Oszillatorfrequenz ausgewer­ tet wird, sondern der Blindwiderstand des Gleises. Wie näm­ lich anmelderseitig festgestellt wurde, schwankt der die Os­ zillatorfrequenz beeinflussende Bettungswiderstand in sehr großem Maße, so dass ein Auswerten der Oszillatorfrequenz - wie dies beispielsweise bei dem vorbekannten Verfahren durch­ geführt wird - bei größeren Gleisabschnitten (ab ca. 100 m Länge) zu erheblichen Messfehlern führt. Erfindungsgemäß wird deshalb ausschließlich der Blindwiderstand, der vom Bettungs­ widerstand quasi unbeeinflusst ist, ausgewertet, so dass auch längere Gleisabschnitte bis zu einer Länge von 500 m mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sicher ausgemessen werden können.

Besonders einfach und damit vorteilhaft lässt sich die schie­ nenfahrzeugfreie Gleislänge unter Heranziehung des Blindwi­ derstandswertes ermitteln, indem der Blindwiderstandswert durch einen für das Gleis vorgegebenen längenbezogenen Impe­ danzbelagswert dividiert wird.

Der Impedanzbelagswert lässt sich beispielsweise unter Heran­ ziehung der geometrischen Abmessungen des Gleises sowie unter Berücksichtigung der vorgegebenen Frequenz des Stromes mit theoretischen Berechnungsmethoden ermitteln; besonders ein­ fach ist die Bestimmung des Impedanzbelagswertes jedoch durch vorab durchgeführte Messungen, so dass es als vorteilhaft an­ gesehen wird, wenn der Impedanzbelagswert durch vorab durch­ geführte Messungen experimentell bestimmt worden ist.

Zur Bestimmung des Blindwiderstandswertes ist die Phasenver­ schiebung zwischen dem Spannungsmesswert und dem Stromwert heranzuziehen; dies lässt sich besonders einfach und damit vorteilhaft machen, indem ein die Phasenverschiebung zwischen dem Spannungsmesswert und dem Stromwert angebender Phasen­ messwert unter Heranziehung eines "ϕ-t-Umformers" gemessen wird und der Blindwiderstandswert unter Heranziehung des Pha­ senmesswertes bestimmt wird. Sogenannte "ϕ-t-Umformer" sind beispielsweise in dem Buch "Elektronische Messtechnik" (Wolf­ gang Schmusch, Vogel Fachbuch Elektronik 6, S. 275-277) be­ schrieben.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, zusätzlich zur schienenfahrzeugfreien Gleis­ länge auch den Zustand der Gleisanlage zu bestimmen. Da der Zustand des Gleises sehr gut durch den Bettungswiderstand charakterisiert wird, wird es daher im Rahmen der Weiterbil­ dung des erfindungsgemäßen Verfahrens als vorteilhaft angese­ hen, wenn der Wirkwiderstand des Gleises bestimmt wird und unter Heranziehung eines den Wirkwiderstand angebenden Wirk­ widerstandswertes der Bettungswiderstand des Gleises ermit­ telt wird.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 das elektrische Schaltbild für die Anordnung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 ein Messdiagramm, mit dem sich ein zum Bestimmen der schienenfahrzeugfreien Gleislänge geeigneter Impedanzbelags­ wert experimentell ermitteln lässt.

In der Fig. 1 ist ein Gleis 10 dargestellt. Dieses Gleis 10 weist einen Gleisabschnitt 15 auf, der durch einen Trennstoß 20 sowie durch einen weiteren Trennstoß 30 begrenzt ist. An einer Gleiseinspeisestelle 40 wird mit einer Messeinrichtung 50 ein Wechselstrom I mit einer vorgegebenen Frequenz f in die Schienen des Gleises 10 eingespeist.

In der Fig. 1 ist außerdem eine Richtungsgleisbremse 60 dar­ gestellt, die räumlich an den Gleisabschnitt 15 angrenzt. Die Messeinrichtung 50 kann beispielsweise an ein Stellwerk ange­ schlossen sein; dies ist in der Fig. 1 durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 70 angedeutet.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 wird wie folgt betrieben: Mit der Messeinrichtung 50 wird - wie bereits erläutert - der Strom I mit der vorgegebenen Frequenz f in den Gleisabschnitt 15 ein­ gespeist. Außerdem wird der an der Gleisespeisestelle 40 auf­ tretende Spannungsabfall U1 zwischen den beiden Schienen des Gleises 10 unter Bildung eines Spannungsmesswertes U1 gemes­ sen. Durch Quotientenbildung zwischen dem Spannungsmesswert U1 und einem den Strom I der Messeinrichtung 50 angebenden Stromwert I1 wird dann unter Berücksichtigung der Phasenver­ schiebung zwischen der Spannung U1 und dem Strom I der Blind­ widerstand des Gleises 10 bestimmt. Mit diesem Blindwider­ stand wird dann die schienenfahrzeugfreie Gleislänge A des Gleisabschnitts 15 gebildet. Die Gleislänge A ist dabei be­ grenzt durch die Gleiseinspeisestelle 40 und der ersten Achse 75 eines in den Gleisabschnitt 15 entlang dem Pfeil 80 ein­ fahrenden Fahrzeugs 85.

Die Arbeitsweise der Messeinrichtung 50 wird anhand der Fig. 2 nun im Detail erläutert. Die Fig. 2 zeigt die Messeinrich­ tung 50 sowie das Gleis 10 noch einmal aus "elektrischer Sicht". So erkennt man in der Fig. 2, dass die Messeinrich­ tung 50 einen Sinusgenerator 100 enthält, der eine Konstant­ stromquelle 110 ansteuert. Diese Konstantstromquelle 110 er­ zeugt den Strom I mit der vorgegebenen Frequenz f.

Der Konstantstromquelle 110 ist an ihrem Ausgang A110 ein An­ schluss A120A eines Messwiderstandes Elness, ein Eingang E130A einer Strommesseinrichtung 130, sowie ein Eingang E140A eines ϕ-t-Umformers 140 nachgeordnet. Ein weiterer Anschluss A120B des Messwiderstandes Rmess ist an einen weiteren Eingang E130B der Strommesseinrichtung 130, an einen Eingang E150A einer Spannungsmesseinrichtung 150 sowie an einen weiteren Eingang E140B des ϕ-t-Umformers 140 angeschlossen. Ein weite­ rer Eingang E150B der Spannungsmesseinrichtung 150 liegt auf einem Bezugspotential, beispielsweise Massepotential.

Der Strommesseinrichtung 130, der Spannungsmesseinrichtung 150 sowie dem ϕ-t-Umformer 140 ist eine DV-Anlage 200 nachge­ ordnet. Konkret ist ein Ausgang A130 der Strommesseinrichtung 130 mit einem Eingang E200A der DV-Anlage 200 verbunden; ein Ausgang A150 der Spannungsmesseinrichtung 150 ist an einen weiteren Eingang E200B der DV-Anlage 200 angeschlossen. Einem zusätzlichen Eingang E200C der DV-Anlage ist ein Ausgang A140 des ϕ-t-Umformers 140 vorgeordnet.

Die DV-Anlage 200 weist einen Ausgang A200 auf, der bei­ spielsweise mit einem Stellwerk verbunden sein kann.

Das Gleis 10 ist in der Fig. 2 durch Induktivitäten 300 so­ wie durch Parallelwiderstände 400 elektrisch nachgebildet. Im übrigen erkennt man, dass eine Schiene des Gleises 10 mit dem weiteren Anschluss A120B des Messwiderstandes Emess und damit mit dem weiteren Eingang E130B der Strommesseinrichtung 130, mit dem einen Eingang E150A der Spannungsmesseinrichtung 150 sowie mit dem weiteren Eingang E140B des ϕ-t-Umformers 140 in Verbindung steht. Die andere Schiene des Gleises 10 liegt auf Massepotential.

Die Messeinrichtung 50 gemäß der Fig. 2 wird wie folgt be­ trieben: Der Sinusgenerator 100 steuert die Konstantstrom­ quelle 110 derart an, dass diese den Strom T mit der vorgege­ benen Frequenz f durch den Messwiderstand Rmess in das Gleis 10 einspeist. Der an dem Messwiderstand Rmess auftretende Spannungsabfall Ui = U2-U1 ist dabei ein Maß für den durch den Messwiderstand Rmess fließenden Strom I. Dieser Strom I wird in der Strommesseinrichtung 130 gemessen und als Strom­ wert I1 zur DV-Anlage 200 übertragen.

Die an den beiden Schienen des Gleises 10 abfallende Spannung U1 liegt außerdem an der Spannungsmesseinrichtung 150 an, die diese Spannung U1 misst, einen zu der Spannung U1 proportio­ nalen Spannungsmesswert U1 bildet und diesen zu der DV-An­ lage 200 übermittelt.

An dem ϕ-t-Umformer 140 liegen zwei Messgrößen an, nämlich das an dem einen Anschluss A120A des Messwiderstandes Rmess anliegende Spannungspotential U2 und die Spannung U1 an der Gleiseinspeisestelle 40. Der ϕ-t-Umformer 140 ermittelt aus diesen beiden Messgrößen U1 und U2 den Spannungsabfall Ui an dem Messwiderstand Rmess und anschließend die Phasenverschie­ bung zwischen dem Spannungsabfall Ui und der Spannung U1 un­ ter Bildung eines Phasenmesswertes ϕ. Dieser Phasenmesswert ϕ gibt damit die Phasenverschiebung zwischen dem Strom I und der Spannung U1 am Gleis 10 an. Der Phasenmesswert ϕ gelangt über den Ausgang A140 des ϕ-t-Umformers 140 ebenfalls zur DV- Anlage 200. Der ϕ-t-Umformer 140 arbeitet dabei genauso, wie in dem bereits eingangs genannten Fachbuch Wolfgang Schmusch "Elektronische Messtechnik" Vogel Fachbuch Elektronik 6, S. 275-277 beschrieben ist.

In der DV-Anlage 200 wird dann mit dem Stromwert I1, dem Spannungsmesswert U1 und dem Phasenmesswert ϕ der Blindwi­ derstand Rb und der Wirkwiderstand Rw des Gleises 10 be­ stimmt.

Der Wirkwiderstand Rw ergibt sich gemäß:

Für den Blindwiderstand Rb ergibt sich:

Durch Division des Blindwiderstandes Rb des Gleises 10 durch einen vorgegebenen längenbezogenen Impedanzbelagswert Z' er­ hält man ein Maß bzw. einen Messwert für die freie Gleislänge A des Gleisabschnitts 15:

Der Impedanzbelagswert Z' kann experimentell oder theoretisch - unter Berücksichtigung des Schienenprofils, des Schienenab­ standes, der Frequenz des Stromes I usw. - bestimmt werden. In der Fig. 3 ist gezeigt, wie eine experimentelle Bestim­ mung des Impedanzbelagswerts Z' aussehen kann:
Das Schienenfahrzeug 85 wird in den Gleisabschnitt 15 hinein­ gefahren. Dabei wird in Abhängigkeit von der Position des Schienenfahrzeugs 85 und damit in Abhängigkeit von der freien Gleislänge A der Blindwiderstand Rb gemessen und in einem Diagram (vgl. Fig. 3) eingetragen. Aus dem Diagramm in der Fig. 3 lässt sich ablesen, dass der Blindwiderstand - von einem gewissen Offset von ca. 0,4 Ohm abgesehen - proportio­ nal mit der freien Gleislänge A ansteigt, und zwar mit einer Steigung von 4 Ohm/200 m; diese Steigung ist dabei weitgehend unabhängig von dem Bettungswiderstand Rbett des Gleises 10, der in dem Diagramm gemäß der Fig. 3 als Kurvenparameter ge­ wählt ist. Damit lässt sich der Impedanzbelag Z' berechnen gemäß:

Z' = 4 Ohm / 200 m = 0,02 Ohm/m

Die freie Gleislänge A kann alternativ auch derart ermittelt werden, dass unter Heranziehung des Spannungsmesswertes U1 und des Stromwertes I1 zunächst die "komplexe" Impedanz Z des Gleises 10 an der Gleiseinspeisestelle 40 berechnet wird:

wobei U1' und I1' die entsprechenden komplexen Messwerte des Spannungsmesswertes U1 und des Stromwertes I1 bezeichnen.

Der Blindwiderstand Rb und der Wirkwiderstand Rw ergeben sich dann wie folgt:

Rb = Im(Z)
Rw = Re(Z)

Mit dem Wirkwiderstand Rw kann dann der längenbezogene Bet­ tungswiderstand Rbett des Gleises 10 ermittelt werden, und zwar durch Multiplikation des Wirkwiderstandes Rw mit der Ge­ samtlänge A' des Messabschnitts 15 gemäß:

Rbett = Rw.A' / 1000 (Gleisbettungswiderstand in Ω.km)

Claims (6)

1. Verfahren zur Gleisfreilängenmessung, bei dem zum Bestim­ men der schienenfahrzeugfreien Gleislänge (A) eines Gleises (10) an einer Gleiseinspeisestelle (40) ein Strom (I) mit ei­ ner vorgegebenen Frequenz in die Schienen des Gleises (10) eingespeist wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Strom (I) aus einer Konstantstromquelle (110) einge­ speist wird,
der Spannungsabfall (U1) an der Gleiseinspeisestelle (40) unter Bildung eines Spannungsmesswertes (U1) gemessen wird,
mit dem Spannungsmesswert (U1)und mit einem den Strom (I) der Konstantstromquelle angebenden Stromwert (I1) durch Quotientenbildung ein den Blindwiderstand des Gleises an der Gleiseinspeisestelle (40) angebender Blindwiderstands­ wert (Rb) gebildet wird und
unter Heranziehung des Blindwiderstandswerts (Rb) die schienenfahrzeugfreie Gleislänge (A) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schienenfahrzeugfreie Gleislänge (A) mit dem Blindwi­ derstandswert (Rb) gebildet wird, indem der Blindwider­ standswert (Rb) durch einen für das Gleis (10) vorgebenen längenbezogenen Impedanzbelagswert (Z') dividiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Impedanzbelagswert (Z') durch vorab durchgeführte Mes­ sungen experimentell bestimmt worden ist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein die Phasenverschiebung zwischen dem Spannungsmesswert (U1) und dem Stromwert (I1) angebender Phasenmesswert (ϕ) unter Heranziehung eines "ϕ-t-Umformers" gemessen wird und
der Blindwiderstandswert (Rb) unter Heranziehung des Pha­ senmesswertes (ϕ) bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit dem Spannungsmesswert und mit dem Stromwert durch Quo­ tientenbildung ein die Impedanz des Gleises angebender komplexer Impedanzwert gebildet wird,
der Imaginärteil des Impedanzwerts bestimmt wird und
der Imaginärteil des Impedanzwerts als Blindwiderstands­ wert behandelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein den Wirkwiderstand an der Gleiseinspeisestelle ange­ bender Wirkwiderstandswert (Rw) bestimmt wird und
unter Heranziehung des Wirkwiderstandswertes (Rw) der Bet­ tungswiderstand (Rbett) des Gleises ermittelt wird.