DE102009003457A1

DE102009003457A1 - Gleiskörperüberwachungssystem

Info

Publication number: DE102009003457A1
Application number: DE200910003457
Authority: DE
Inventors: Günther Schnellbögl
Original assignee: EDILON SEDRA GmbH; EDILON) (SEDRA GmbH
Current assignee: EDILON SEDRA GmbH; EDILON) (SEDRA GmbH
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Die Erfindung sieht einen Gleiskörper (1) mit Sicherheitsfunktion vor. In den Gleiskörper (1) sind ein oder mehrere Verformungssensoren (10) integriert, die vorzugsweise insbesondere auf eine Dehnung des Gleiskörpers (1) ansprechen. An den Verformungssensor ist mindestens eine Auswerteeinrichtung (29) angeschlossen, die dazu dient, aus den von dem Verformungssensor (10) abgegebenen Signalen zu bestimmen, ob eine Verformung des Gleiskörpers (1) auftritt, die nichts mit dem ordnungsgemäßen Betrieb derselben zu tun hat. Dieses Überwachungssystem kann insbesondere der Erfassung langfristiger Setzung oder von Erdbebenvorläuferwellen auf (P-Wellen) dienen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleiskörper mit Sicherheitsfunktion insbesondere Erdbebensicherungsfunktion.
Gleisanlagen bilden ausgedehnte, Ländergrenzen überspannende Netze, in denen es zu verschiedenen unvorgesehenen Ereignissen kommen kann. Solche Ereignisse sind beispielsweise Ereignisse, die von den auf dem Schienennetz fallenden Fahrzeugen herrühren können. Beispielsweise können einzelne Eisenbahnfahrzeuge Räder aufweisen, die sich in einem schlechten, ganz oder teilweise verschlissenen Zustand befinden. Auch kann die Schienenoberfläche durch längeren Gebrauch angegriffen sein. Beispielsweise kann an der Schienenoberfläche eine Riffelbildung zu beobachten sein. Weiter können äußere Einflüsse die Integrität des Gleiskörpers ganz oder teilweise bedrohen. Beispielsweise können Erdrutsche, Bodensetzungen, Flutkatastrophen oder ähnliche Einflüsse ganze Gleiskörper oder Teile derselben verlagern, so dass sie nicht mehr befahrbar sind. Auch wäre es zweckmäßig, weniger destruktive Ereignisse zu erfassen, die beispielsweise eine kommende Bedrohung oder Gefahr anzeigen. Solche Ereignisse sind insbesondere Erdbeben-Vorläuferwellen, die als P-Wellen auftreten und in der Regel noch nicht zur Zerstörung eines Gleiskörpers führen.
Zur Erdbebenfrühwarnung sind verschiedene Vorschläge gemacht worden. Zum Beispiel schlägt die GB 2,435,096 A die Erkennung seismischer Wellen mittels eines ausgedehnten Kabelvorhangs vor, der im Meer ausgebracht wird. In den einzelnen Kabeln sind Glasfasern mit Bragg-Gittern angeordnet, die letztendlich zur Erfassung der Kabeldehnung dienen.
Die Erfassung vertikaler Erdbebenwellen mittels eines faseroptischen Sensors ist zum Beispiel aus der GB 2 437 839 A bekannt. Auch die US 2006/0139652 A1 befasst sich mit der Erfassung seismischer Wellen mittels einer Bragg-Gitter-Optik.
Die DE 198 52 455 C2 schlägt den Einbau von Erdbebensensoren im Gebäude oder Tunnel vor. Dazu wird eine Verankerungseinrichtung vorgeschlagen, die einen Schwingungssensor zur Erfassung von relevanten Schwingungen enthält.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Gleiskörper mit Sicherheitsfunktion zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Gleiskörper gelöst. Dieser weist wenigstens einen Gleiskörperabschnitt auf, der mindestens einen Verformungssensor aufweist, der an einer Auswerteeinrichtung zur Erzeugung eines Sicherheitssignals angeschlossen ist. Im allgemeinen Sinne wird so ein sich selbst überwachendes Gleis geschaffen, das bei vorliegend bestimmter Fehler oder Belastungen die Abgabe eines Warnsignals initiiert.
Der erfindungsgemäße in oder an dem Gleiskörper vorhandene Verformungssensor ist vorzugsweise als Spannungssensor zur Erfassung mechanischer Spannungen ausgebildet. Er erstreckt sich mindestens über einen Abschnitt des Gleiskörpers, vorzugsweise über die gesamte Länge desselben längs der Schiene. Ein solcher Sensor kann insbesondere zur Früherkennung von Erdbebenwellen genutzt werden. Gleisanlagen sind weltweit vorhanden und relativ vandalismusresistent. Zudem ist der Eisenbahnverkehr besonders von den Auswirkungen von Erdbeben betroffen. Die Erfindung gestattet die Früherkennung von Erdbeben, insbesondere der vorauslau fenden Erdbebenwellen. Diese werden auch als P-Wellen bezeichnet. Die Erfassung der Erdbebenvorläuferwellen und die Messung ihrer Stärke gestatten das schnellstmögliche Stoppen von Zügen zur Minimierung von Sach- und Personenschäden. Außerdem kann der Verformungssensor dazu herangezogen werden, die Größe der eingetretenen Schäden abzuschätzen. Der Verformungssensor kann darüber hinaus zur Überwachung der Gleisanlage selbst dienen, so zum Beispiel zur Erfassung einer Verriffelung der Schienenoberfläche oder des Zustands der Räder von Eisenbahnfahrzeugen.
Vorzugsweise ist der Verformungssensor ein optischer Sensor. Dieser kann durch eine oder mehreren Glasfasern gebildet werden, die in einem oder in mehreren Kabeln längs der Schiene verlegt sind. Die Glasfaser und das Kabel können an Bragg-Gitter angeschlossen sein oder Bragg-Gitter enthalten. Vorzugsweise sind entlang der Glasfaser in regelmäßigen Abständen mehrere Bragg-Gitter angeordnet. Diese Bragg-Gitter können auf die gleiche Bragg-Wellenlänge oder auch auf unterschiedliche Bragg-Wellenlängen abgestimmt sein. Letzteres gestattet die Erfassung des Ortes einer im Gleiskörper eingebrachten Verformung und einer Erkennung des Verformungsortes (Ortsdiskriminierung).
Es kann vorgesehen werden mittels der Ortsdiskriminierung die räumliche Größe und die Ausdehnung einer Gleiskörperbeeinflussung beispielsweise durch eine Erdbebenvorläuferwelle zu bestimmen. Es kann weiter vorgesehen werden, anhand dieser Größenbestimmung weitere Maßnahmen zu treffen, wie beispielsweise die Zuordnung verschiedener Warnstufen oder Stillsetzung von Zügen. Die Ortsdiskriminierung kann dazu heran gezogen werden, lokale Ereignisse, wie beispielsweise Erdrutsche oder dergleichen von größeren Ereignissen, wie beispielsweise Erdbeben zu unterscheiden.
Es ist auch möglich, den zeitlichen Verlauf der über den Verformungs- bzw. Spannungssensor erfassten Einwirkungen auf den Gleiskörper zu erfassen und zu unterscheiden. Durch diese zeitliche Diskriminierung der erhaltenen Sensorsignale können lokale kurzzeitige Ereignisse, die beispielsweise durch das Abbremsen oder Beschleunigen eines Zugs entstehen von größeren Ereignissen, wie beispielsweise Erdbeben oder Erdrutschen zu unterscheiden.
Weitere Einzelheiten vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen der Zeichnung und/oder der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten. Die Zeichnung ist ergänzend heran zu ziehen. Es zeigen:
1 einen Gleiskörperabschnitt in perspektivischer, vertikal geschnittener, schematischer Darstellung,
2 den Gleiskörperabschnitt nach 1 in einer Seitenansicht im Ruhezustand,
3 den Gleiskörperabschnitt nach 2 bei Durchlaufen einer P-Welle,
4 den Gleiskörperabschnitt nach 3 in Draufsicht bei Durchlaufen einer P-Welle,
5 den Gleiskörper nach 1 in einer etwas detailierteren, dennoch schematisierten Draufsicht der Vertikalschnittdarstellung,
6 einen Abschnitt des Gleiskörpers nach 5 in ausschnittsweiser Draufsicht,
7 den Verformungssensor des Gleiskörpers, in schematisierter Blockbilddarstellung, und
8 einen Glasfaserabschnitt des Verformungssensors nach 7 in schematisierter Seitenansicht.
In 1 ist ein Gleiskörper 1 veranschaulicht, der als feste Fahrbahn ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die beiden Schienen 2, 3 kontinuierlich gelagert sind. Zur kontinuierlichen Lagerung sind sie beispielsweise von zwei längs verlaufenden Nuten eines Betonkörpers 4 aufgenommen und in diesen Nuten durch eine vorzugsweise elastische Vergussmasse gesichert. Näheres zeigt 5. Beispielsweise kann der Betonkörper 4 aus zwei balkenförmigen, zum Beispiel als Halbfabrikate vorfabrizierten Teilen 5, 6 bestehen, die vor Ort in eine Betonplatte 7 eingegossen worden sind. In 5 markieren gestrichelte Linien die Grenzen zwischen den balkenförmigen Teilen 5, 6 und der Ortbetonplatte 7. Es können sich Bewehrungsstähle oder andere zur Bewehrung geeignete Mittel zwischen den beiden balkenförmigen Teilen 5, 6 vorhanden sein, um eine Errichtung eines Gleiskörpers 1 zu erleichtern.
Die Schienen 2, 3 sind in den Nuten mittels der Vergussmasse 8 gesichert. Der Schienenfuß der Schienen 2, 3 steht nicht unmittelbar auf dem Boden der jeweiligen Nut. Vielmehr sind vorzugsweise elastische Zwischenlagen 9 vorgesehen, die zwischen dem Schienenfuß und dem Nutboden angeordnet sind. Diese Zwischenlagen 9 können der Schwingungsisolierung dienen.
Der insoweit beschriebene Gleiskörper 1 bildet eine feste Fahrbahn. Er zeichnet sich durch die Anbringung eines Verformungssensors 10 aus, der in 1 schematisch durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist und der sich längs, zumindest eines Teil des Gleiskörper 1, vorzugsweise aber über dessen gesamte Länge erstreckt und zur Erfassung von Verformungen, insbesondere Dehnungen oder Stauchungen dient. Der Verformungssensor kann prinzipiell jeder Art von Sensor, beispielsweise in Gestalt von Dehnungsmessstreifen, dehnungserfassende Piezo-Elementen, eine Kette solcher Sen soren, eine Folge solcher in Abständen angeordneten Sensoren oder dergleichen sein. Im bevorzugen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Verformungssensor 10 um einen optischen Sensor zur Erfassung von insbesondere Dehnungen des Gleiskörpers 1. Der Verformungssensor 10 kann, wie in 5 ganz rechts angedeutet, in einer neben der Schiene 3 entlanglaufenden Nut 11 angeordnet sein. In diese Nut ist beispielsweise ein Sensorschlauch 12 bzw. ein kabelförmiger Sensor eingelegt und in elastische Vergussmasse 13 eingebettet. Alternativ kann anstelle der elastischen Vergussmasse 13 ein anderes Vergussmaterial, wie beispielsweise Feinbeton, Teer oder dergleichen verwendet werden. Es ist auch möglich den Sensorschlauch 12 unmittelbar in den Betonkörper, beispielsweise in die Ortbetonplatte 7 einzubauen.
Es ist weiter alternativ möglich, den Verformungssensor 10 in unmittelbarer Nachbarschaft der Schiene 2 oder 3 anzuordnen. Dies ist in 5 rechts durch ein Rohr 14 angedeutet, das in die Vergussmasse 8 eingebettet ist, die zur Sicherung der Schiene 3 in ihrer Nut dient. Das Rohr 14 kann das Außenrohr eines Sensorkabels sein. Es kann auch ein Leerrohr sein, in den das Sensorkabel eingezogen ist. Außerdem können durch das Rohr 14 elektrische Leitungen verlaufen, die zur Kontaktierung des Verformungssensors 10 dienen oder andere Aufgaben erfüllen. Zur Veranschaulichung weist in 5 eine Bezugslinie in den Innenraum des Rohrs 14, in der ein Verformungssensor 10 angeordnet sein kann.
Es ist möglich, in der Vergussmasse 8 weitere Kabelrohre oder dergleichen anzubringen.
Weiter ist es möglich, den Verformungssensor lokal auf dem Betonkörper aufzubauen, wie in 5 links der Schie ne 2 anhand des Verformungssensors 10b angedeutet ist. Der Verformungssensor 10b kann wiederum über eine bestimmte größere Länge des Gleiskörpers 1 durchgehend ausgebildet sein. Er kann als optischer Sensor ausgebildet sein. Alternativ können an mehreren Stellen des Gleiskörpers 1 jeweils lokal spannungserfassende Dehnungsmessstreifen oder ähnliche Sensoren angeordnet sein, die über ein nicht weiter veranschaulichtes Kabel zu einer Messstelle geführt sind. Ein solches Kabel kann beispielsweise in dem Leerrohr 15 neben der Schiene 2 geführt sein. Es ist möglich, die Teile 5, 6 jeweils als vorgefertigte Teile mit beschränkter Länge (beispielsweise 12 m) vorzufertigen und im Einbauzustand stumpf aneinander stoßen zu lassen. Genau an diesen Stoßstellen können Aussparungen vorgesehen sein, die ein sehr einfaches Einführen von Messkabeln in das Rohr 15 gestatten.
6 veranschaulicht die alternative Anbringung des Verformungssensors 10c auf der Oberfläche des Teils 5 rechts der linken Schiene 2. Zur Aufnahme des Sensors 10c ist eine in Längsrichtung beschränkte parallel zur Schiene verlaufende Nut 16 vorgesehen. Diese bildet eine Ausnehmung die bedarfsweise nach oben hin mit einem Deckel abgedeckt werden kann. In der Ausnehmung sitzt der Verformungssensor bzw. Spannungssensor 10c der beispielsweise angeeigneten Fixpunkten 17, 18 mit dem Betonkörper verbunden ist um dessen Dehnung zu erfassen.
Es kann erforderlich sein, zur Speisung lokaler elektronischer oder sonstiger Einheiten, beispielsweise zur Signalaufbereitung, zur Signalumsetzung oder zu anderen Zwecken Energie bereit zu stellen. Diese Energie kann beispielsweise durch über die Schiene 2 fahrende Lasten erzeugt werden. Dazu kann die Zwischenlage 9, wie in Figur links dargestellt und aus 6 ersichtlich, mit geeigne ten Energie erzeugenden Pads 19, wie beispielsweise Piezo-Folien oder dergleichen versehen sein. Die Piezo-Folie 19 kann ein oder mehrere Piezo-Elemente umfassen, die zum Beispiel miteinander elektrisch parallel oder in Reihe geschaltet sind. Das Piezo-Pad 19 kann ein längerer Folienstreifen, ein einzelner zum Beispiel quadratischer oder rechteckiger kleiner Folienabschnitt oder eine Kette solcher Folienabschnitte sein. Bei Belastung der Schiene 2 und nachfolgender Wegnahme der Last (Überfahren der Stelle durch ein Schienenfahrzeug) liefert das Piezo-Pad 19 einen Spannungsimpuls, der zum Betrieb sehr stromsparender elektronischer Einheiten, zum Beispiel zum Betrieb von sparsamen Mikrorechnern ausreichen kann. Diese Mikrorechner können beispielsweise dazu dienen von Dehnungsmessstreifen abgegebene Sensorsignale zu setzen und über ein zum Beispiel in dem Rohr 15 liegendes Kabel an eine Leitstelle zu liefern. Bevorzugt wird jedoch die Erfassung der Gleiskörperdehnung über einen Spannungssensor, wie er in 7 schematisch angedeutet ist.
Der Verformungssensor 10 nach seiner in 7 veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform beruht auf mindestens einer Glasfaser 20, wie sie in 8 stark vergrößert und in einem kurzen Ausschnitt dargestellt ist. Die Glasfaser führt über einen längeren Abschnitt des Gleiskörpers 1 von einem Sender 21 weg. Das andere Ende der Glasfaser kann mit einem Empfänger 22 verbunden sein. Der Sender 21 kann ein reiner Sender oder, wie es bevorzugt wird, als Sender/Empfänger ausgebildet sein. Der Sender bzw. Sender/Empfänger 21 schickt Licht mit einem vorgegebenen Spektrum 23 in die Glasfaser 20 wie durch einen Pfeil 24 angedeutet ist. Das Licht kann dabei fortwährend oder von Zeit zu Zeit als Impuls durch die Glasfaser 20 geschickt werden.
Die Glasfaser 20 enthält mindestens einen, vorzugsweise aber mehrere Bragg-Gitter 25, 26, 27, 28, die zum Beispiel in die Glasfaser 20 eingeschrieben sind. Die einzelnen Bragg-Gitter 25–28 können in relativ großen Abständen voneinander angeordnet sein. Die Bragg-Gitter 25–28 legen jeweils eine Bragg-Wellenlänge λ_B1 ... λ_B4. Die Bragg-Wellenlänge λ_B1 ... λ_B4 auf einen miteinander übereinstimmenden Wert festgelegt sein. Vorzugsweise sind die Bragg-Gitter 25–28 jedoch auf unterschiedliche Bragg-Wellenlänge λ_B1 ... λ_B4 festgelegt. Alle Bragg-Wellenlänge λ_B1 ... λ_B4 liegen vorzugsweise innerhalb des Spektrums 23.
Wie in 7 schematisch veranschaulicht, sind sowohl der Sender bzw. Sender/Empfänger 21 als auch der Empfänger 22 an eine Analyseeinheit 29 angeschlossen. Dies kann über geeignete weitere Glasfasern oder auch dadurch geschehen, dass die Glasfaser 20 von einem Ende des Gleiskörpers 10 zu dem anderen Ende und zurück verläuft. Zum Beispiel können dazu zwei Glasfasern eines Glasfaserkabels genutzt werden, wobei die Glasfasern an einem Ende des Kabels Licht übertragend miteinander verbunden sind, so dass der Sender 21 und der Empfänger 22 tatsächlich örtlich nebeneinander an einem Ende des Kabels angeordnet sein oder sogar zu einem Gerät vereinigt sein können. Es ist aber durchaus auch möglich, den Sender 21 an einem Ende und dem Empfänger 22 an einem anderen Ende, der von dem Gleiskörper gebildeten Gleisstrecke anzuordnen.
Die Analyseeinheit 29 dient der Erfassung von Dehnungen in der Glasfaser 20 und somit zur Erfassung von Dehnungen des Gleiskörpers 1. Diese Dehnungserfassung beruht auf einer Veränderung der Wellenlänge der von den jeweiligen Bragg-Gittern 25–28 jeweils zurück reflektierten Anteile des Spektrums 23. Dies verdeutlicht 8. Der Pfeil 24 symbolisiert dort auf das Bragg-Gitter 25 auftreffendes Licht. Das Bragg-Gitter 25 ist auf die Bragg-Wellenlänge λ_B1 abgestimmt. Es reflektiert somit aus dem Spektrum 23 das Licht der Wellenlänge λ_B1. Es läuft zu dem Sender 21 zurück, wie in 8 und 7 jeweils durch den Pfeil 30 angedeutet ist. Das zurücklaufende Licht ist sehr schmalbandig. Es kommt an dem Sender/Empfänger 21, Spektrallinie 31 mit der Wellenlänge λ_B1 an. Dieses reflektierte Licht fehlt in dem Spektrum 32, das, wie in 8 ein weiterer Pfeil andeutet, das Bragg-Gitter durchquert hat und das der Empfänger 22 empfängt.
Wenn die Glasfaser 20 zwischen dem Sender 21 und dem Bragg-Gitter 25 und/oder im Bereich des Bragg-Gitters 25 eine Dehnung erfährt, verschiebt sich die Bragg-Wellenlänge λ_B1 zu einem höheren Wert hin. Es ergibt sich die Bragg-Wellenlänge λ'_B1 gemäß 7 links. Entsprechend verschiebt sich die in dem Spektrum 22 als dunkle Linie auftretende Bragg-Wellenlänge λ_B1 ebenfalls zu dem Wert λ'_B1 hin. Der Sender/Empfänger 21 oder der Empfänger 22 (oder alternativ beide) erfassen diesen Wellenlängen oder Frequenzverschiebung und erzeugen daraus ein Sicherheits-Warnsignal, dass bei 33 von der Analyseeinheit 29 abgegeben wird.
Die weiteren Bragg-Gitter 26, 27, 28 können auf die gleiche oder andere Frequenzen abgestimmt sein. Unterscheiden sich die Bragg-Wellenlängen untereinander, ist es möglich anhand der Verschiebung der jeweiligen Bragg-Wellenlänge λ_B2, λ_B3 oder λ_B4 festzustellen, wo die Dehnung auf dem Gleiskörper 1 einwirkt.
Die Analyseeinheit 29 kann eine Diskriminatoreinheit 34 enthalten, die den örtlichen und/oder zeitlichen Verlauf der Dehnung des Gleiskörpers 1 verfolgt und bewertet. Treten beispielsweise Verschiebungen der Bragg-Wellenlänge λ_B1–λ_B4 nacheinander auf, kann davon ausgegangen werden, dass die Gleiskörperdehnung sich längs des Gleiskörpers bewegt. Persistieren ein oder mehrere Wellenlängenverschiebungen der Bragg-Wellenlängen λ_B1–λ_B4 über längere Zeit, kann davon ausgegangen werden, dass eine entsprechende Gleiskörperdehnung von lang anhaltender oder dauernder Natur ist. Verschwinden die Bragg-Wellenlängenverschiebungen hingegen jeweils nach kurzer Zeit kann von einem temporären Ereignis ausgegangen werden. Auf diese Weise können in die Diskriminatoreinheit 34 Schadereignisse oder deren Vorboten von natürlichen Belastungen, beispielsweise durch fahrende, bremsende oder beschleunigende Züge unterscheiden. Im einfachsten Fall kann eine solche Unterscheidung auch durch einfache Schwellwertdiskriminierung erbracht werden, beispielsweise indem ein Sicherheitswarnsignal 33 nur dann ausgegeben wird, wenn die erfassten Dehnungen solche Dehnungen deutlich übersteigen, wie sie normalerweise durch Betriebsbelastung entstehen.
Das erfindungsgemäße System zur Gleiskörperüberwachung arbeitet wie folgt:
2 veranschaulicht einen Gleiskörper 1 in Ruhe. 2 ist dabei nicht maßstäblich. Der Gleiskörper 1 kann durchaus eine erhebliche Länge haben (beispielsweise mehrere Kilometer oder auch mehrere hundert Kilometer). Die an ihm befestigte Glasfaser wird permanent oder von Zeit zu Zeit mit Licht beaufschlagt. Die in der Glasfaser vorhandenen Bragg-Gitter 25–28 reflektieren aus dem Spektrum jeweils Licht der charakteristischen Bragg-Wellelänge. Entsprechend fehlen diese reflektierten Spektrallinien am Ende der Glasfaser. Das entsprechend erhaltene Spektrum hat, wenn sehr viele verschiedene Bragg-Gitter vorhanden sind, letztendlich eine Kammstruktur. Diese bildet, solange keine externen Kräfte auf dem Gleiskörper 1 einwirken, eine bestimmte Signatur. Die Analyseeinheit 29 überprüft diese Signatur dauernd oder von Zeit zu Zeit.
In 3 und 4 ist nun das Durchlaufen einer P-Welle durch den Gleiskörper 1 veranschaulicht. Die P-Welle ist eine Longitudinalwelle. In 3 ist die lokal auftretende Dehnung und Verdichtung des Untergrunds durch Pfeile veranschaulicht. Diese Längs-Dehnungen und Längs-Stauchungen führen zu einer Verschiebung einiger Spektrallinien in dem reflektierten Licht und zur Verschiebung einiger dunkler Linien in dem vom Empfänger 22 empfangenen Licht. Die Verschiebung kann je nach Einwirkungsort eine, einige, mehrere oder alle Spektrallinien erfassen. Die Verschiebung ist dynamisch und bildet das Einwirken der Erdbebenwelle ab. Die Analyseeinheit 29 kann dies erfassen und ein Sicherheitswarnsignal bei 33 abgeben. Die Abgabe des Sicherheitswarnsignals kann unter Vorbehalt der Freigabe durch die Diskriminatoreinheit 34 stehen. Diese kann optional vorgesehen werden um ungefährliche Ereignisse von gefährlichen Ereignissen zu unterscheiden.
Die Erfassung der Gleiskörperverformung mittels des Verformungssensors zählen insbesondere in Gestalt eines Dehnungssensors, wie in 7 veranschaulicht, hat den Vorzug, dass insbesondere Längsdehnungen, weniger aber vertikale Auslenkungen des Gleiskörpers 1 erfasst werden. Auf diese Weise werden normale Belastungen, wie beispielsweise vertikale Durchbiegungen oder Schwingungen von Brückenbauwerken von vornherein relativ sicher von Dehnungsbelastungen unterschieden, die z. B. Erdbebenvorläuferwellen indizieren. Vertikal- oder Querbewegungen des Gleisbetts haben wenig Einfluss auf die Veränderung der Bragg-Wellenlänge während Längsdehnungen und Stauchungen zur signifikanten Verschiebung der Bragg-Wellenlängen führen.
Die Erfindung ist vorstehend anhand eines Gleiskörpers 1 beschrieben worden, der als feste Fahrbahn ausgebildet ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfassung von unzulässigen oder Gefahr andeutenden bzw. voraussagenden Gleisbelastungen, insbesondere Gleisdehnungen zum Beispiel in Folge von Erdrutschen oder Erdbebenvorläuferwellen auch an Schottergleisen möglich ist. Zum Beispiel können dort entsprechende Glasfaserkabel unmittelbar an den Schienen angebracht werden. Besonderen Vorteil hat die Anwendung der Erfindung jedoch bei der festen Fahrbahn, die bauartbedingt entscheidende Vorteile hat. Sie liefert eine Lagestabilität der Schienen im Verguss über Jahre bzw. Jahrzehnte. Im Laufe der Zeit ist nur mit geringen Elastizitätsänderungen zu rechnen. Die Sensorik ist in dem Verguss oder im Betonkörper vor Umwelteinflüssen, sonstigen Beschädigungen oder Vandalismus geschützt. Im Vergleich zum Schottergleis bietet die feste Fahrbahn eine stabile Lage, sowohl des Gleises, wie auch der Sensoren. Außerdem hat die vorstehend beschriebene Fahrbahn eine geringere Neigung zur Riffelbildung auf dem Schienenkopf.
Es wird als vorteilhaft angesehen, die Sensoren, insbesondere die Glasfaser 20, in den Schienenverguss oder in die Halbfertigteile 5 und/oder 6 zu integrieren. Zum Beispiel können in der zum Verguss vorgesehenen Schienennut Füll- oder Leerrohre angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können Sensorelemente über ein Sensorkabel, beispielsweise ein Lichtleitkabel unter dem Schienenfuß in oder an der Zwischenlage 9 angeordnet sein. Der Sensor, zum Beispiel in Form eines Lichtleitkabels kann auch direkt an der Schiene, beispielsweise an ihrem Fuß oder an ihrem Steg befestig werden, vorzugsweise auf einer Höhe, die später in der Vergussmasse 8 verschwindet. Es auch möglich den Verformungssensor 10 in oder an den Wangen der Schienendröge (Betontrogwangen – entweder darin oder darauf anzuordnen.
Die Erfindung sieht einen Gleiskörper 1 mit Sicherheitsfunktion vor. In den Gleiskörper 1 sind ein oder mehrere Verformungssensoren 10 integriert, die vorzugsweise insbesondere auf eine Dehnung des Gleiskörpers 1 ansprechen. An den Verformungssensor 10 ist mindestens eine Auswerteeinrichtung 29 angeschlossen, die dazu dient aus den von dem Verformungssensor 10 abgegebenen Signalen zu bestimmen, ob eine Verformung des Gleiskörpers 1 auftritt, die nichts mit dem ordnungsgemäßen Betrieb derselben zu tun hat. Dieses Überwachungssystem kann insbesondere der Erfassung langfristiger Setzung oder von Erdbebenvorläuferwellen auf (P-Wellen) dienen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- GB 2435096 A [0003]
- GB 2437839 A [0004]
- US 2006/0139652 A1 [0004]
- DE 19852455 C2 [0005]

Claims

Gleiskörper (1) mit Sicherheitsfunktion, insbesondere Erdbebensicherungsfunktion, mit mindestens einem Gleiskörperabschnitt, der mindestens Verformungssensor (10, 10a, 10b, 10c) aufweist, und mit einer Auswerteeinrichtung (29), an die der Verformungssensor (10, 10a, 10b, 10c) angeschlossen ist, zur Erzeugung eines Sicherheits-Warnsignals (33).
Gleiskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungssensor (10, 10a, 10b, 10c) als Spannungssensor zur Erfassung mechanischer Spannungen, vorzugsweise zur Erfassung mechanischer Zug-Spannungen ausgebildet ist.
Gleiskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungssensor (10, 10a, 10b, 10c) ein sich entlang des gesamten Gleiskörperabschnitts erstreckender Sensor (10, 10a, 10b, 10c) ist.
Gleiskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungssensor (10, 10a, 10b, 10c) ein optischer Sensor (20) ist.
Gleiskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungssensor (10, 10a, 10b, 10c) mindestens eine sich entlang des Gleiskörperabschnitts erstreckende Glasfaser (20) umfasst, die wenigstens zeitweilig ein Lichtsignal (24) überträgt, das we nigstens ein charakteristisches, von der Verformung des Gleiskörpers (1) oder der Zugspannung in der Glasfaser (20) abhängiges Merkmal aufweist.
Gleiskörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaser (20) einen Lichtweg festlegt, der mindestens ein erstes Bragg-Gitter (25) enthält, das eine erste Bragg-Wellenlänge λ_B1 festlegt.
Gleiskörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaser (20) an eine Analyseeinheit (29) angeschlossen ist, die die eine Verschiebung der ersten Bragg-Wellenlänge λ_B1 erfasst.
Gleiskörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaser (20) einen Lichtweg festlegt, der mindestens ein zweites Bragg-Gitter (26) enthält, das eine zweite Bragg-Wellenlänge λ_B2 festlegt.
Gleiskörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaser (20) an eine Analyseeinheit (29) angeschlossen ist, die die eine Verschiebung der zweiten Bragg-Wellenlänge λ_B2 erfasst.
Gleiskörper nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass einen das erste und/oder das zweite und/oder weitere Bragg-Gitter (25, 26) verschiedene Bragg-Wellenlängen λ_B1, λ_B2 aufweisen.
Gleiskörper nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass einen das erste und/oder das zweite und/oder weitere Bragg-Gitter (25, 26) in der Glasfaser (20) ausgebildet sind.
Gleiskörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (29) eine Diskriminatoreinheit (34) enthält, die dazu eingerichtet ist, die Größe einer Gleisbelastung längs der Gleisstrecke zu erfassen, um unzulässige Belastungen von zulässigen Belastungen zu unterscheiden.
Gleiskörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (29) eine Diskriminatoreinheit (34) aufweist, die dazu eingerichtet ist, den Zeitverlauf einer Gleisbelastung zu erfassen, um unzulässige Belastungen von zulässigen Belastungen zu unterscheiden.
Gleiskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleiskörper (1) als Feste Fahrbahn ausgebildet ist.
Gleiskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gleiskörper (1) wenigstens ein Piezoelement (19) zur lokalen Energieerzeugung angeordnet ist.