DE102008005538A1

DE102008005538A1 - Verfahren zur Überwachung eines Entladevorgangs eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102008005538A1
Application number: DE200810005538
Authority: DE
Inventors: Martin Schneider; Gerd Dr. Völksen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: DE102008005538B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Entladung eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Containerwaggons, durch das verhindert werden soll, dass das Fahrzeug beim Anheben der Ladung mit angehoben wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verformung einer das beladene Fahrzeug tragenden Einrichtung, beispielsweise eine Schiene, überwacht. Es ist davon auszugehen, dass die Verformung der Schiene während des Entladevorgangs größer ist als die Verformung der unbelasteten Schiene, da der Waggon die Schiene auch ohne Ladung so stark belastet, dass diese deutlich verformt wird. Falls detektiert wird, dass die momentane Verformung während des Entladevorgangs unter einen Schwellenwert fällt, der zwischen der Verformung der unbelasteten Schiene und derjenigen Verformung liegt, die durch einen unbeladenen Waggon verursacht wird, muss angenommen werden, dass der Waggon gemeinsam mit der Ladung angehoben wurde. In dem Fall ist ein Alarmzustand auszulösen, woraufhin der Entladevorgang bzw. das Anheben der Ladung abgebrochen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Entladung eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Containerwaggons.
Bei der Entladung von Fahrzeugen in Verladestationen, beispielsweise bei der Entladung von Containerwaggons, kann es vorkommen, dass die Befestigungen des Containers am Fahrzeug vor dem Entladen nicht gelöst werden. Beim Anheben des Containers durch einen Kran wird das Fahrzeug mit angehoben. Im Fall eines Containerwaggons ist es wahrscheinlich, dass der Waggon nach dem Anheben nicht mehr ohne weiteres zurück auf die Schienen gesetzt werden kann und damit quasi entgleist ist. Eine Beschädigung des Waggons kann dann nicht ausgeschlossen werden. Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass eine derartige Situation auch für anwesendes Personal eine Gefahr darstellen kann.
Bislang ist kein Verfahren bekannt, das den oben beschriebenen Fall automatisch detektieren könnte und beim Anheben des Waggons mit dem Container beispielsweise einen Alarm auslösen würde. Üblicherweise wird ein entgleister Waggon mit erheblichem Zeit-, Personal- und Kostenaufwand wieder auf die Schiene zurück gesetzt. Vor dem Entladen sollte daher überprüft werden, ob die Befestigung der Ladung bzw. des Containers am Fahrzeug gelöst wurde. Dies ist jedoch nicht immer der Fall.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Entladevorgang eines beladenen Fahrzeuges überwacht werden kann mit dem Ziel, einen Alarmzustand auszulösen, wenn das Fahrzeug ungewollt angehoben wird.
Diese Aufgabe wird durch die in dem unabhängigen Anspruch angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verformung einer das beladene Fahrzeug tragenden Einrichtung überwacht. Im Falle eines Containerwaggons ist die tragende Einrichtung eine Schiene. Die momentane Verformung der Schiene während des Entladevorgangs wird mit der Verformung der Schiene im unbelasteten Zustand verglichen. Dabei ist davon auszugehen, dass die Verformung der Schiene während des Entladevorgangs größer ist als die Verformung der unbelasteten Schiene, da der Waggon die Schiene auch ohne Ladung so stark belastet, dass diese deutlich verformt wird. Falls jedoch detektiert wird, dass die Verformung während des Entladevorgangs in etwa der Verformung der unbelasteten Schiene entspricht, muss angenommen werden, dass der Waggon gemeinsam mit der Ladung angehoben wurde. In dem Fall ist ein Alarmzustand eingetreten, woraufhin der Entladevorgang bzw. das Anheben der Ladung abgebrochen wird. Wird das Anheben des Waggons frühzeitig erkannt, kann der Waggon zurück auf die Schienen gestellt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine weitergehende Automatisierung der Entladung in großen Verladestationen möglich. Weiterhin sind mit der Automatisierung und der rechtzeitigen Erkennung des Alarmzustands die oben beschriebenen Nachteile und Folgen eines entgleisten Waggons weitestgehend auszuschließen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.
Dabei zeigt:
1 eine mit einem beladenen Containerwaggon belastete Schiene,
2 eine Schiene in unbelastetem Zustand,
3 eine mit einem Containerwaggon belastete Schiene während eines Entladungsvorgangs,
4 eine Schiene während eines Entladungsvorgangs, bei dem der Waggon mit angehoben wird.
Die 1 zeigt im rechten Teil der Darstellung in schematischer Ansicht ein Fahrzeug, insbesondere einen Containerwaggon 10, der einen Container bzw. eine Ladung 20 trägt. Angedeutet ist eines der Räder 30 des Waggons 10, das auf einer den Waggon 10 tragenden Einrichtung, insbesondere einer Schiene 40, positioniert ist. Im linken Teil der 1 ist ein Querschnitt entsprechend der durch den Pfeil A gekennzeichneten Blickrichtung dargestellt. Entsprechende Querschnitte finden sich auch in den 2–4, jedoch ist dort die Blickrichtung nicht explizit angegeben. Der Waggon 10 steht in der 1 in einer Entladeposition, d. h. er kann durch eine nicht dargestellte Entladevorrichtung, beispielsweise durch einen Kran, entladen werden. Hierzu wird die Ladung 20 durch den Kran angehoben und an eine ebenfalls nicht dargestellte Zielposition verbracht.
Die 2 zeigt eine Schiene 40 im unbelasteten Zustand. Im Vergleich zu dieser unbelasteten Schiene 40 ist die belastete Schiene 40 der 1 durch die Masse des Waggons 10 mit der Ladung 20 verformt. Die Verformung ΔV = ΔV_Wag + ΔV_Lad der Schiene 40 setzt sich zusammen aus einer durch die Masse m_Wag des Waggons 10 verursachten Verformung ΔV_Wag und aus einer durch die Masse m_Lad der Ladung 20 verursachten Verformung ΔV_Lad. Innerhalb oder unterhalb der Schiene 40 befindet sich ein Sensor 50, beispielsweise ein piezoelektrischer Drucksensor. Die Verformung der Schiene 40 führt dazu, dass auf den Piezosensor 50 Druck ausgeübt wird, so dass dieser um eine Längenänderung ΔL gestaucht wird. Die Stauchung ΔL hängt wie die Verformung ΔV von der Masse m_W des Waggons 10 und der Masse m_L der Ladung 20 ab, d. h. ΔL = ΔL_Wag + ΔL_Lad. Dabei sind des weiteren die Stauchung ΔL und die Verformung ΔV direkt und eindeutig voneinander abhängig.
Bei Belastung der Schiene 40 durch eine Masse m erzeugt der Piezosensor 50 eine zur Masse m proportionale Spannung U, da zum Einen die Stauchung ΔL proportional zur Masse m und zum Anderen die Spannung U proportional zu Stauchung ΔL ist. Im Fall der 2 ist die Schiene 40 nicht belastet, d. h. m = 0, ΔL = 0 und U = 0. In der 1 gilt dagegen für die belastete Schiene 40 m = m_Wag + m_Lad, ΔL = ΔL_Wag + ΔL_Lad und U = U_Wag + U_Lad.
Die 3 zeigt eine Situation während des Entladevorgangs. Der nicht gezeigte Kran hat die Ladung 20 angehoben, so dass die Schiene 40 nur noch durch den Waggon 10 belastet wird. Dementsprechend wird die Stauchung ΔL nur noch durch die Masse des Waggons 10 dominiert, d. h. es gilt m = m_Wag, ΔL = ΔL_Wag und U = U_Wag.
Die 4 zeigt ebenfalls eine Situation während des Entladevorgangs. Allerdings tritt hier der zu vermeidende Fall ein, dass der Waggon 10 gemeinsam mit der Ladung 20 angehoben wird. Da die Schiene 40 nicht mehr belastet wird, tritt keine Stauchung ΔL des Piezosensors 50 auf, so dass wie in der 1 gilt U = 0.
Um während des Entladevorgangs automatisch zwischen den in den 3 und 4 dargestellten Situationen unterscheiden und ggf. entsprechende Maßnahmen einleiten zu können, wird die Stauchung ΔL des Drucksensors 50 über die abgreifbare Spannung U überwacht. Dabei werden drei zeitlich hintereinander liegende Messungen A)–C) durchgeführt:

A) Vor der Positionierung des beladenen Waggons 10 in der Entladeposition ist die Schiene 40 unbelastet und damit nicht verformt, d. h. ΔL = ΔL_A = 0, und der Drucksensor 50 erzeugt eine Spannung U = U_A. Die Bestimmung der Stauchung ΔL_A bei unbelasteter Schiene 40 entspricht einer Kalibrierung und kann entweder vor jedem Entladevorgang erfolgen oder aber beispielsweise in regelmäßigen Abständen.
B) Sobald der beladene Waggon 10 in der Entladeposition steht, wird die Schiene 40 mit dem Waggon 10 und der Ladung 20 belastet, so dass sich eine anfängliche Stauchung ΔL = ΔL_B = ΔL_Wag + ΔL_Lad ergibt. Am Drucksensor 50 wird eine anfängliche Spannung U = U_B abgegriffen.
C) Während des Entladevorgangs ändert sich die Belastung der Schiene 40, einhergehend mit einer momentanen Stauchung ΔL = ΔL_C und einer am Drucksensor 50 abgreifbaren momentanen Spannung U = U_C.

Während U_A und U_B je Entladevorgang nur ein Mal vor dem Beginn des Entladevorgangs bestimmt werden müssen, wird U_C während des Entladevorgangs kontinuierlich oder in Abständen gemessen.
Je nachdem, ob der Entladevorgang wie in der 3 dargestellt korrekt abläuft – d. h. der Kran hebt nur die Ladung 20 an – oder ob wie in der 4 zu sehen der Waggon 10 zusammen mit der Ladung 20 angehoben wird, ergeben sich unterschiedliche momentane Spannungen U_C. Im Fall der 3 wird die Schiene 40 nur noch durch den Waggon 10 belastet, d. h. L_C = ΔL_Wag und ΔL_A << ΔL_C << ΔL_B. Für die momentane Spannung U_C muss demnach gelten U_A << U_C << U_B.
Im Fall der 4 dagegen wird die Schiene 40 nicht mehr belastet, so dass die momentane Stauchung ΔL_C in etwa der Stauchung ΔL_A im unbelasteten Zustand der Schiene 40 entsprechen muss. Da die Schiene 40 nach einer Belastung erst innerhalb einer gewissen Zeit in ihren ursprünglichen, unverformten Zustand zurückkehrt, ist davon auszugehen, dass ΔL_C und ΔL_A nicht exakt identisch sind sondern nur in etwa übereinstimmen. Dementsprechend muss im Fall der 4 auch gelten ΔL_C ≈ ΔL_A und damit U_C ≈ U_A.
Die jeweils gemessenen Spannungen U_A, U_B, U_C werden zu einer Kontroll- oder Steuereinrichtung 70 geleitet. Insbesondere wird zur Überwachung des Entladevorgangs die während des Ent ladevorgangs gemessene, der momentanen Stauchung ΔL_C des Piezosensors 50 entsprechende momentane Spannung U_C mit einer im Folgenden beschriebenen Schwellenspannung U₀ verglichen.
Die Kontroll- oder Steuereinrichtung 70 unterscheidet in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen einem Normalzustand und einem Alarmzustand. Der Alarmzustand liegt vor, wenn die der momentanen Stauchung ΔL_C entsprechende gemessene momentane Spannung U_C während des Entladevorgangs kleiner wird als die einem Schwellenwert ΔL₀ entsprechende Schwellenspannung U₀. Der Schwellenwert ΔL₀ liegt zwischen der Stauchung ΔL_A bei unbelasteter Schiene 40 und der Stauchung ΔL_Wag, die sich ergibt, wenn die Schiene 40 allein durch einen unbeladenen Waggon 10 belastet wird, d. h. ΔL_A ≤ ΔL₀ < ΔL_Wag bzw. U_A ≤ U₀ < U_Wag. Wenn demnach die Spannung kleiner wird als die Schwellenspannung U₀, ist davon auszugehen, dass der Waggon 10 zusammen mit der Ladung 20 angehoben ist. Die Kontroll- oder Steuereinrichtung 70 unterbricht im Alarmzustand sofort den Entladevorgang bzw. das weitere Anheben der Ladung 20.
Der Normalzustand liegt dann vor, wenn die momentane Stauchung ΔL_C über dem Schwellenwert ΔL₀ liegt oder dem Schwellenwert entspricht, d. h. U_C ≥ U₀. Im Normalzustand greift die Kontrolleinheit nicht in den Entladevorgang ein, d. h. der Entladevorgang kann ungestört durchgeführt werden.
Bei der Festlegung der Schwellenspannung U₀ sind zwei Fälle zu beachten: Wenn U₀ zu nahe bei U_Wag liegt, ist nicht auszuschließen, dass der Alarmzustand fälschlicherweise ausgelöst wird. Wenn U₀ dagegen nahe bei U_A definiert wird, ist das System träge, d. h. der Alarmzustand wird erst vergleichsweise spät erkannt. Die Schwellenspannung U₀ könnte beispielsweise automatisch in Abhängigkeit von U_A, U_B und/oder U_Wag definiert werden.
Je nachdem, wie weit der Entladevorgang bereits fortgeschritten ist, kann der Entladevorgang rückgängig gemacht und der Waggon 10 zurück auf die Schiene 40 gesetzt werden. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn die Räder 30 des Waggons 10 sich noch nicht zu weit von der Schiene 40 entfernt haben. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn die Kontroll- oder Steuereinrichtung 70 möglichst kurzfristig reagieren kann. Je genauer die Messung der Stauchung ΔL erfolgen kann, desto früher kann ein Alarmzustand detektiert werden. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, können zum Einen mehrere Sensoren 50 vorgesehen sein. Zum Anderen können die Sensoren 50 im Bereich der Auflagepunkte des Waggons 10 auf der Schiene 40, d. h. im Bereich der Räder 30 bzw. der Achsen des Waggons 10, positioniert werden. Da die Achsabstände der üblicherweise verwendeten Waggons bekannt sind, ist es ohne weiteres möglich, eine optimale Entladeposition zu definieren und damit sicherzustellen, dass die Auflagepunkte im Bereich der Sensoren liegen.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden drucksensitive Piezosensoren 50 verwendet, die bei unterschiedlicher Belastung der Schiene 40 unterschiedlich stark gestaucht werden, so dass belastungsabhängig unterschiedliche Spannungen gemessen werden können. Das beschriebene Verfahren kann insofern verallgemeinert werden, als dass anstatt der konkreten Messung einer Stauchung ΔL eines Piezosensors ganz allgemein eine Verformung ΔV der Schiene 40 über entsprechende Sensoren, beispielsweise Dehnungssensoren, bestimmt wird. Die Definition des Normal- und des Alarmzustands lässt sich dann in analoger Weise zum Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit einer momentanen Verformung ΔV_C der Schiene 40, einer Verformung ΔV_A der Schiene 40 im unbelasteten Zustand, eines Schwellenwertes ΔV₀ etc. durchführen, wobei auch ΔV_Wag, ΔV_Lad und ΔV_B analog zu den entsprechenden Stauchungen definiert werden. Dementsprechend tritt der Alarmzustand ein, wenn die momentane Verformung ΔV_C kleiner ist als der Schwellenwert ΔV₀, d. h. ΔV_C < ΔV₀, analog zu obiger Definition des Alarmzustands mit Hilfe der Stauchung ΔL.
Als Sensoren 50 können beispielsweise piezoresistive, piezoelektrische, kapazitive oder auch induktive Drucksensoren verwendet werden. Alternativ sind auch Dehnungssensoren einsetzbar, die eine Verformung der Schiene direkt detektieren. Weiterhin sind auch andere Messverfahren denkbar, wobei es lediglich notwendig ist, dass ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Sensors und der Verformung der Schiene herstellbar ist.

Claims

Verfahren zum Überwachen eines Entladevorgangs eines zu entladenden Fahrzeugs (10), bei dem nach dem Positionieren des Fahrzeugs (10) in einer Entladeposition die momentane Verformung (ΔV_C) einer das Fahrzeug (10) in der Entladeposition tragenden Einrichtung (40) überwacht wird, wobei – während des Entladevorganges die momentane Verformung (ΔV_C) mit einem Schwellenwert (ΔV₀) verglichen wird, – in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs eine den Entladevorgang überwachende Kontroll- oder Steuereinrichtung (70) in einen Normalzustand oder in einen Alarmzustand versetzt wird und – der Entladevorgang bei Eintreten des Alarmzustandes unterbrochen oder rückgängig gemacht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontroll- oder Steuereinrichtung (70) in den Alarmzustand versetzt wird, wenn die momentane Verformung (ΔV_C) während des Entladevorgangs den Schwellenwert (ΔV₀) unterschreitet (ΔV_C < ΔV₀), welcher gemäß ΔV_A ≤ ΔV₀ < ΔV_Wag definiert wird, wobei ΔV_A eine Verformung der tragenden Einrichtung (40) im unbelasteten Zustand und ΔV_Wag eine Verformung der tragenden Einrichtung (40) durch ein unbeladenes Fahrzeug (10) beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kontroll- oder Steuereinrichtung (70) im Normalzustand befindet, wenn die momentane Verformung (ΔV_C) über dem Schwellenwert (ΔV₀) liegt oder dem Schwellenwert (ΔV₀) entspricht (ΔV_C ≥ ΔV₀).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladevorgang nur bei Vorliegen des Normalzustandes durchgeführt oder weitergeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Positionieren des zu entladenden Fahrzeugs (10) in der Entladeposition die Verformung (ΔV_A) der Einrichtung im unbelasteten Zustand bestimmt und gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung (ΔV) der Einrichtung (40) mit Hilfe von mindestens einem Drucksensor (50) oder mindestens einem Dehnungssensor (50) bestimmt wird.