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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen
einer Abtrennung eines Zugwaggons von einem Zug dessen Zugwaggons miteinander über eine
Druckluftleitung verbunden sind.
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Ein
Zug weist in der Regel eine Lokomotive und mehrere Zugwaggons auf.
Die Zugwaggons werden mechanisch miteinander gekoppelt, wobei mindestens
eine Druckluftleitung die Zugwaggons miteinander verbindet. In der
Lokomotive des Zuges ist ein Druckluftkompressor vorgesehen, der über die Druckluftleitung
Druckluft für
Bremssysteme innerhalb der Zugwaggons zur Verfügung stellt. Die Druckluftleitung
wird ausgehend von dem Druckluftkompressor über eine Hinleitung an alle
Zugwaggons geführt
und schleifenförmig über eine
Rückleitung
an den Druckluftkompressor zurückgeführt. Bei
manchen Systemen sind zwei Druckluftleitungen vorgesehen, nämlich eine
Hauptluftleitung und eine Hauptluftbehälterleitung.
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1 zeigt
das Grundprinzip einer allgemein bekannten Bremseinrichtung nach.
An einem über eine
Achse A angetriebenem Rad R des Zuges, welcher auf einem Gleis G
läuft,
sind Bremsbacken B vorgesehen, wobei eine Feder F eine mechanische Kraft
auf die Bremsbacken B ausübt.
Der in der Druckluftleitung herrschende Druck P wirkt der Federkraft
entgegen und sorgt dafür,
dass das Rad R ungebremst durch die Bremsbacken B auf dem Gleis G
laufen kann. Fällt
der Druck P in der Druckluftleitung ab, drückt die Feder F die beiden
Bremsbacken B zusammen, welche das Rad R des Zuges bremsen.
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Kommt
es daher bei einem herkömmlichen Zug
zu einer Trennung zwischen zwei Zugwaggons, reißen die zwischen den Waggons
vorhandenen Druckluftleitungen und der Druck in der Druckluftleitung
fällt aufgrund
des Entweichens der Druckluft ab.
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Dabei
sinkt der Druck innerhalb der Druckluftleitungen der von der Lokomotive
abgetrennten Zugwaggons schneller als der Druck innerhalb der Druckluftleitungen
der noch mit der Lokomotive verbundenen Zugwaggons. Durch die offene
Druckluftleitung wird der hintere Zugteil sofort abgebremst. Der
vordere Zugteil, dessen Zugwaggons noch mit dem Druckluftkompressor
innerhalb der Lokomotive verbunden sind, fährt noch ein Stück weiter,
bevor er ebenfalls zum Stillstand kommt.
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2 zeigt
schematisch ein allgemein bekanntes ETCS-System (European Train
Control System) gemäß Level
3. Bei einem ETCS-System bestehen keine Gleisfreimeldeeinrichtungen
mehr für
verschiedene Gleisabschnitte. Der Zug Z, welcher auf einem Gleis
G fährt,
kommuniziert direkt über
ein Funksignal mit einem zentralen Stellwerk. Der Zug Z übermittelt
dabei seine aktuelle Position. Seine Position stellt der Zug in
der Regel mittels passiver Transponder T fest, welche im Gleisbett
vorgesehen sind. Das ETCS-System ermöglicht es, dass verschiedene Züge Z geschwindigkeitsabhängig in
einem absoluten Bremsabstand zueinander fahren können und die Einhaltung fest
vorgegebener Gleisabschnitte nicht mehr nötig ist. Somit kann die Zugdichte
auf den verschiedenen Gleisabschnitten erhöht werden.
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Bei
einem derartigen ETCS-System ist es auch Sicherheitsgründen allerdings
unerlässlich, dass
eine fehlerfreie Zugvollständigkeitskontrolle
erfolgt, damit abgetrennte Zugteile nicht unerkannt auf der Strecke
stehenbleiben und mit einem nachfolgenden Zug kollidieren.
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Es
werden daher im Personenverkehr, beispielsweise in einem ICE oder
im U-Bahnbereich, zum Teil Züge
eingesetzt, deren mechanisch gekoppelte Zugwaggons gemeinsame durchgängige Kabel-
oder Lichtwellenleiter aufweisen. Ein in der Lokomotive vorgesehener
Sender sendet ein Sendesignal kontinuierlich oder periodisch über den
elektrischen Kabel- bzw. Lichtwellenleiter aus, der schleifenförmig das
Signal an eine Empfangseinrichtung innerhalb der Lokomotive überträgt. Durch
die Abtrennung eines Zugteils erfolgt eine Unterbrechung des Kabel- oder
Lichtwellenleiters, wodurch die Abtrennung von mindestens einem
Zugwaggon erkannt werden kann.
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Allerdings
besteht ein wesentlicher Nachteil darin, dass die meisten bestehenden
Zugwaggons, insbesondere im Güterverkehr,
nicht mit elektrischen Kabel- oder Lichtwellenleitern ausgestattet
sind und eine Nachrüstung
von derartigen Leitungen nicht möglich
ist. Darüber
hinaus besteht ein weiterer Nachteil darin, dass insbesondere elektrische
Leiter, die mittels Steckverbindungen gekoppelt werden, gegenüber Umwelteinflüssen, insbesondere
gegenüber Feuchtigkeit
empfindlich sind. Weiterhin werden insbesondere Güterwaggons
häufig
rangiert, sodass Steckverbindungen für ein elektrisches Kabel abgetrennt
und wieder zusammengesteckt werden müssen. Dies ist für den rangierenden
Arbeiter einerseits sehr mühsam
und zeitaufwändig
und kann andererseits dazu führen,
dass einige Steckverbindungen vergessen werden, sodass dies fälschlicherweise
als Abtrennung eines Zugteils interpretiert wird. Darüber hinaus
führt das
häufige
Ein- und Ausstecken der Steckverbindungen für das elektrische Kabel oder den
Lichtwellenleiter zu einem schnellen Verschleiss der Stecker bei
häufigem
Rangieren.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum sicheren Erkennen einer Abtrennung eines
Zugwaggons von einem Zug zu schaffen, bei der keine Nachrüstung von
Zugwaggons mit einem elektrischen Leiter oder einem Lichtwellenleiter
nötig ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren zum Erkennen einer Abtrennung mindestens
eines Zugwaggons von einem Zug, dessen Zugwaggons miteinander über mindestens
eine Druckluftleitung verbunden sind, wobei die Abtrennung des Zugwaggons
anhand eines Druckabfalls in der Druckluftleitung erkannt wird.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Druckluft mittels eines Wandlers in eine Versorgungsspannung
zur Versorgung einer Sendeeinrichtung umgewandelt.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sendet die Sendeeinrichtung ein Funksignal, welches anzeigt, dass
kein Druckabfall in der Druckluftleitung vorliegt, an eine Empfangseinrichtung.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wandelt der Wandler die in der Druckluftleitung des letzten Zugwaggons
vorhandene Druckluft in eine Versorgungsspannung für die Sendeeinrichtung
um.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sendet die Sendeeinrichtung eine in dem Funksignal enthaltene Zugkennung
aus.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die Empfangseinrichtung in einer Lokomotive des Zuges vorgesehen
und vergleicht die von der Sendeeinrichtung empfangene Zugkennung
mit einer konfigurierten Zugkennung.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sendet die Empfangseinrichtung, wenn das Funksignal mit der zu dem
Zug zugehörigen
Zugkennung für
eine vorbestimmte Zeitdauer ausbleibt, eine Alarmmeldung an ein
Stellwerk.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
aktiviert die Empfangseinrichtung, wenn das Funksignal mit der zu
dem Zug zugehörigen
Zugkennung für
eine vorbestimmte Zeitdauer ausbleibt, eine Bremssteuerung zum Bremsen
des Zuges.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
meldet die Alarmmeldung die Abtrennung mindestens eines Zug waggons
von dem Zug und weist Positionsdaten bezüglich der Position des Zuganfangs
und bezüglich
der Position des abgetrennten Zugwaggons auf.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
misst ein Drucksensor den Druck in der Druckluftleitung.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens überträgt das Funksignal
den gemessenen Druck in der Druckluftleitung an die Empfangseinrichtung.
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Die
Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Erkennen einer Abtrennung
mindestens eines Zugwaggons von einem Zug, dessen Zugwaggons über mindestens
eine Druckluftleitung verbunden sind, mit einem Wandler, der die
in der Druckluftleitung enthaltene Druckluft in eine Versorgungsspannung
für eine
Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Funksignals umwandelt.
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Bei
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Vorrichtung an den letzten Zugwaggon des Zuges angebracht.
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Bei
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist eine Druckluftkopplung zum Anschließen der Vorrichtung an die
Druckluftleitung vorgesehen.
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Bei
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist ein konfigurierbarer Speicher zum Speichern einer Zugkennung
vorgesehen.
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Bei
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist ein Drucksensor zum Messen des in der Druckluftleitung herrschenden
Druckes vorgesehen.
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Im
Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie der erfindungsgemäßen Vorrich tung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren zur Erläuterung
erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
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Es
zeigen:
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1:
ein allgemein bekanntes Bremssystem;
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2:
ein allgemein bekanntes ETCS-System;
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3:
ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Zuges, welcher
die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erkennung einer Zugwaggonabtrennung enthält;
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4:
ein Blockdiagramm einer möglichen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erkennung einer Zugwaggonabtrennung;
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5:
ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erkennung einer Zugwaggonabtrennung.
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Wie
man aus 3 erkennen kann, weist ein Zug 1 eine
Zuglokomotive 2 mit mehreren angehängten Zugwaggons 3-1 bis 3-N auf.
Die Zugwaggons sind mechanisch über
Kupplungen 4 an die Lokomotive 2 gekoppelt. Die
Lokomotive 2 enthält
einen Druckluftkompressor 5 zur Erzeugung einer Druckluft,
die einen hohen Druck von einigen Bar aufweist. Ausgehend von dem
Druckluftkompressor 5 und der schleifenförmig über die
Kopplungen der Zugwaggons gelegten Druckluftleitung wird Druck für die Bremssysteme
der verschiedenen Zugwaggons zur Verfügung gestellt.
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Wie
man aus 3 erkennen kann, ist an dem
letzten Zugwaggon 3-N eine erfindungsgemäße Vorrichtung 6 zur
Erkennung einer Abtrennung mindestens eines Zugwaggons an dem Zug 1 angebracht.
Die Vorrichtung 6 wird an die Druckluftleitung gekoppelt
und enthält
einen Wandler, der die in der Druckluftleitung enthaltene Druckluft
in eine Versorgungsspannung für
ei ne Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Funksignals umwandelt.
Das Funksignal wird von einer Sendeantenne 7 an eine Empfangsantenne 8 übertragen,
welche mit einer Empfangseinrichtung 9 innerhalb der Lokomotive 2 verbunden
ist. Die in der Vorrichtung 6 enthaltene Sendeeinrichtung überträgt ein Funksignal
solange wie die Sendeeinrichtung mit einer Versorgungsspannung versorgt
wird. Wird irgendeine mechanische Kupplung 4 getrennt,
reißt
die Druckluftleitung und es kommt zu einem schnellen Druckabfall
innerhalb der Druckluftleitung. Dadurch bricht die Versorgungsspannung
der Sendeeinrichtung innerhalb der am letzten Zugwaggon 3-N angebrachten
Vorrichtung 6 zusammen und das von der darin enthaltenen
Sendeeinrichtung abgegebene Funksignal wird unterbrochen. Dies wird
durch die Empfangseinrichtung 9 innerhalb der Lokomotive 2 erkannt.
Bleibt das Funksignal aus, erkennt die Empfangseinrichtung 9,
dass die Druckluftleitung an irgendeiner Stelle unterbrochen ist
und sich wahrscheinlich ein Zugteil abgetrennt hat. In diesem Fall
sendet die Empfangseinrichtung 9 eine Alarmmeldung an ein
zentrales Stellwerk 10. Darüber hinaus wird eine Bremssteuerung zum
Bremsen des Zuges aktiviert. Bei einer möglichen Ausführungsform
enthält
die Alarmmeldung zusätzlich
Positionsdaten bezüglich
der Position des Zuganfangs und bezüglich der Position der abgetrennten
Zugwaggons. Die Positionsdaten lassen sich aus der Geschwindigkeit
des Zuges und der Dauer des Ausbleibens des Funksignals berechnen.
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4 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung 6 zum
Erkennen einer Abtrennung eines Zugwaggons von einem Zug 1.
Die Erkennungsvorrichtung 6 weist ein Gehäuse 11 auf,
in dem sich ein Wandler 12, eine Sendeeinrichtung 13 und
ein Speicher 14 befinden. Darüber hinaus ist die Erkennungsvorrichtung 6 über eine
Druckluftkopplung 15 mit einer Kopplung einer aus dem letzten
Waggon 3-n herausragenden Druckluftleitung 17 koppel-
bzw. verbindbar. Der Wandler 12 wandelt den der angekoppelten
Druckluftleitung 17 herrschenden Druck in eine Versorgungsspannung
U um, welche über
eine Leitung 18 zur Versorgung der Sendeeinrichtung 13 angelegt
wird. Die Sendeeinrichtung 13 ist über eine Leitung 19 mit
einem Datenspeicher 14 verbunden, in dem eine konfigurierbare
Zugidentitätsnummer
abgelegt ist. Solange die Sendeeinrichtung 13 mit der Versorgungsspannung
U versorgt wird, sendet sie periodisch oder kontinuierlich ein Funksignal über die
Sendeantenne 7 an die Empfangsantenne 8 der Empfangseinrichtung 9 aus.
Das Funksignal enthält
dabei vorzugsweise die Zugidentitätsnummer, die in dem Speicher 14 abgespeichert
ist.
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Das
Gehäuse 11 der
Vorrichtung 6 weist beispielsweise die Form einer üblichen
Zugschlusstafel auf, die an einem Zugende des Personen- oder Güterzugs
anbringbar ist. Beim Zusammenstellen eines Zuges wird eine Zugschlusstafel
an den letzten Zugwaggon des zusammengestellten Zuges 1 angebracht.
Der Zugführer
kann dann die Zugidentitätsnummer
(Zug-ID) in seinem Steuerrechner konfigurieren. Die Zugidentitätsnummer
bildet somit einen spezifischen Parameter nach erfolger Zugzusammenstellung
bzw. vor jeder Fahrt des Zuges 1. Weitere Parameter sind
beispielsweise die Gesamtlänge, das
Gesamtgewicht und die daraus resultierenden Bremsparameter. Eine
Validierung der Zugparameter kann beispielsweise im Rahmen einer
vorgeschriebenen Bremsprobe erfolgen.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erkennung einer Zugwaggonabtrennung. Bei dieser Ausführungsform
weist die Erkennungsvorrichtung 6 zusätzlich einen Drucksensor 20 auf,
der den Druck innerhalb der angekoppelten Druckluftleitung 17 misst. Der
Drucksensor 20 ist über
eine Leitung 24 mit der Sendeeinrichtung 13 verbunden.
Das von der Sendeeinrichtung 13 ausgesendete Funksignal überträgt bei dieser
Ausführungsform
zusätzlich
Daten, die den Druck P innerhalb der Druckluftleitung 17 angeben.
Darüber
hinaus weist die in 5 dargestellte Erkennungsvorrichtung 6 einen
Akkumulator 23 mit relativ geringer Speicherkapazität auf, der über eine Leitung 23 von
dem Wandler 12 aufgeladen wird.
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Die
erfindungsgemäße Erkennungseinrichtung 6 ist
vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, an dem letzten Zugwaggon
des Zuges 1 angebracht. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Erkennungsvorrichtung 6 neben
der Hauptdruckluftleitung auch andere Nebendruckluftleitungen angeschlossen
sein. Der Wandler 12 nutzt die Druckluft zur Strom- bzw.
Spannungserzeugung. Beispielsweise ist der Wandler eine kleine Turbine
auf oder ein durch Luftströmung
zum Schwingen angeregtes Bauelement. Der Wandler 12 speist
die Sendeeinrichtung 13, welche das ordnungsgemäße Vorhandensein
des Betriebsluftdruckes am Zugende signalisiert.
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Bei
der in 5 dargestellten Ausführungsform kann im Falle eines
Absinkens des durch den Drucksensor 20 gemessenen Luftdruckes
unter einen vorgegebenen Schwellenwert das Funksignal dies die Erkennungseinrichtung 6 an
die Empfangseinrichtung 9 der Lokomotive 2 signalisieren,
damit eine Alarmmeldung beispielsweise an die zentrale Stellenwerk 10 abgegeben
werden kann. Bei dieser Ausführungsform
signalisiert ein Funksignal bereits, dass die Druckluft beispielsweise
durch einen porösen
Schlauch entweicht, und nicht nur ein vollständiges Abreißen der
Druckluftleitung. Bei einer möglichen
Ausführungsform
wird die erfindungsgemäße Erkennungsvorrichtung 6 in
einer herkömmlichen Zugschlusstafel
integriert. Die in 5 dargestellte Ausführungsform
führt zu
einer schnelleren Reaktion auf Fehlerfälle, beispielsweise wenn der
Druck P abfällt,
obwohl die Lokomotive 2 noch nicht bremst. Dies ermöglicht einen
noch kürzeren
Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zügen 1. Darüber hinaus
wird eine interne Überwachung
des Systems inklusive der Drucksensoren ermöglicht, die entweder bei jedem
Bremsvorgang oder sogar kontinuierlich durch lokseitig erzeugte
Druckschwankungen oberhalb des Normalniveaus erfolgt.
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Bei
einem Ausfall des Systems, d. h. wenn der Drucksensor 20,
der Wandler 12 oder die Sendeeinrichtung 13 defekt
ist, wird bei einer möglichen Ausführungsform
das System passiv geschaltet und die Lokomotive 2 überträgt einen
entsprechenden Status zu dem Stellwerk 10, worauf diese
in einen Blockmodus zurückfällt. Dadurch
bleibt die Sicherheit gewährleistet
und der Zugbetrieb geht weiter.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
ersetzt der Lokführer
bei einem Systemausfall die Erkennungseinrichtung 6 durch
eine in der Lok 2 mitgeführte Ersatzerkennungseinrichtung 6 bzw.
eine Ersatz-Zugschlusstafel. Dies ist insbesondere bei Neubaustrecken
relevant, die keine Gleisfreimelder aufweisen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
und das erfindungsgemäße Verfahren
erkennen zuverlässig die
Abtrennung mindestens eines Zugwaggons von einem Zug, ohne dass
eine Nachrüstung
der Zugwaggons notwendig ist. Dies ermöglicht eine weitere Verbreitung
eines ETCS (European Train Control System) auf Level 3 ohne
aufwändige
Umrüstung
bestehender Zugwaggons. Darüber
hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
besonders robust gegenüber
Umwelt- und Wettereinflüssen.