DE102009007568A1

DE102009007568A1 - Schienenfahrzeug mit einem durch Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen

Info

Publication number: DE102009007568A1
Application number: DE200910007568
Authority: DE
Inventors: Dirk Nicklisch; Cesare Santanera
Original assignee: DB Netz AG
Current assignee: DB Netz AG
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2010-08-05
Also published as: DE112010000427B4; WO2010089012A1; DE112010000427A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einem durch Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen. Die Erfindung soll eine Detektion des geometrischen Ortes einer Weiche auch bei unverminderten Fahrgeschwindigkeiten exakt und in Echtzeit ermöglichen, wobei die Erkennung unabhängig von der Befahrrichtung der Weiche (spitz oder stumpf) möglich sein soll. Hierzu ist vorgesehen, dass der Maschinenrahmen (1) mit einer Anordnung (2) von mindestens vier Abstandssensoren verbunden ist, wobei diese Anordnung mindestens ein erstes Paar von Abstandssensoren, das in einem ersten vertikalen Abstand (H) oberhalb der durch die Radaufstandspunkte des Schienenfahrwerkes aufgespannten Radaufstandsfläche (4) angeordnet ist, sowie mindestens ein zweites Paar von Abstandssensoren, das um einen zweiten vertikalen Abstand (h) oberhalb des ersten Paares von Abstandssensoren beabstandet angeordnet ist, umfasst, die Abstandssensoren eines jeden Paares achsensymmetrisch und mit einem Abstand L zur Mittelachse (3) des Schienenfahrzeuges angeordnet sind, die Messachsen (7.1, 7.2) des ersten Paares von Abstandssensoren unter einem Winkel (α) gegen die Radaufstandsfläche (4) sowie die Messachsen (7.3, 7.4) des ersten Paares von Abstandssensoren unter einem Winkel (α) gegen die Radaufstandsfläche (4) geneigt sind und die Messachsen (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) aller Abstandssensoren in einer gemeinsamen zur Fahrzeuglängsachse orthogonalen Ebene liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einem durch Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen.
Die Zustandserfassung und Inspektion von Schienenverkehrswegen wurde in der jüngeren Vergangenheit zunehmend automatisiert. Im Rahmen dieser Inspektionen müssen üblicherweise an exakt vorgegebenen Orten des Schienenverkehrsweges bestimmte Messgrößen erfasst und gegen zulässige Grenzwerte abgeprüft werden. Hierzu gibt es im Stand der Technik verschiedene Vorschläge, die üblicherweise darauf beruhen, dass eine aktuelle Ist-Position des Messgerätes bzw. Messfahrzeuges mit einer bekannten bzw. vorgegebenen Soll-Koordinate des vorgesehenen Messortes in Übereinstimmung zu bringen ist, bevor dann die eigentliche Messung durchgeführt werden kann.
Dies trifft insbesondere auf die Weicheninspektion zu, in deren Rahmen an festgelegten Systempunkten der Weiche Inspektionsparameter (wie z. B. Geometriedaten) zu bestimmen sind. Beispielsweise ist an der Spitze der Weichenzunge die geometrische Beeinflussungsfreiheit der darüber abrollenden Fahrzeugräder zu prüfen. Dazu wäre es nach dem bekannten Stand der Technik erforderlich, die Positionierung des hierzu vorgesehenen Messgerätes mit der Positionsangabe der zuvor in ihrer räumlichen Lage exakt vermessenen Zungenspitze abzugleichen.
Das aktive Bestimmen der Positionsdaten von Messgeräten bzw. Messfahrzeugen und deren Abgleich mit den vorgegebenen Soll-Positionen ist jedoch zeitaufwändig und wirkt sich – in Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit der für Positionserfassung und -abgleich eingesetzten Systeme – nachteilig auf den von einer Messung beanspruchten Zeitrahmen aus. Gerade auf hoch belasteten Bahnstrecken müssen die Zeitfenster für Inspektionsvorgänge auf kleinstmögliche Umfänge minimiert werden. Im Kontext verschiedener Anwendungen wurde zur Erhöhung der Messgeschwindigkeit bereits eine ereignisgesteuerte Auslösung von Mess-Vorgängen vorgeschlagen. So ist es beispielsweise im Bereich der Inspektion von elektrischen Oberleitungsanlagen an Schienenverkehrswegen bekannt, den Verlauf des Fahrdrahtes mit Methoden der optischen Bildverarbeitung zu erfassen und das Erreichen von Messorten, an denen der Fahrdraht mit Hängern am Tragseil abgehängt ist, mittels Mustererkennung zu identifizieren. Allerdings sind diese Ansätze auf Anwendungen beschränkt, bei denen sich die zu detektierenden Muster bzw. Ereigniszustände auch bei ungünstigen Umgebungsverhältnissen (Schnee, Regen, Dämmerlicht etc.) hinreichend eindeutig von ihrem Umfeld abheben. Gerade im Bereich des Oberbaus ist diese Grundvoraussetzung jedoch meist nicht erfüllt, da hier zum einen nicht der „freie Himmel” als Detektionshintergrund zur Verfügung steht und zum anderen zahlreiche Störhindernisse – beispielsweise in Form von nahe den Schienen montierten Gleisschaltmitteln, Schottersteinen, Aufwuchs, Unrat etc – die Messergebnisse verfälschen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug mit einem durch Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen bereitzustellen, mit dessen Hilfe der geometrische Ort einer Weiche auch bei unverminderten Fahrgeschwindigkeiten exakt und in Echtzeit detektiert werden kann. Diese Erkennung soll unabhängig von der Befahrrichtung der Weiche (spitz oder stumpf) möglich sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in Verbindung mit dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1 dadurch gelöst, dass der Maschinenrahmen mit einer Anordnung von mindestens vier Abstandssensoren verbunden ist,

• wobei diese Anordnung mindestens ein erstes Paar von Abstandssensoren, das in einem ersten vertikalen Abstand (H) oberhalb der durch die Radaufstandspunkte des Schienenfahrwerkes aufgespannten Radaufstandsfläche angeordnet ist, sowie mindestens ein zweites Paar von Abstandssensoren, das um einen zweiten vertikalen Abstand (h) oberhalb des ersten Paares von Abstandssensoren beabstandet angeordnet ist, umfasst,
• die Abstandssensoren eines jeden Paares achsensymmetrisch und mit einem Abstand L zur Mittelachse des Schienenfahrzeuges angeordnet sind,
• die Messachsen (7.1, 7.2) des ersten Paares von Abstandssensoren unter einem Winkel (α₁) gegen die Radaufstandsfläche (4) sowie die Messachsen (7.3, 7.4) des ersten Paares von Abstandssensoren unter einem Winkel (α₂) gegen die Radaufstandsfläche (4) geneigt sind
• und die Messachsen (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) aller Abstandssensoren in einer gemeinsamen zur Fahrzeuglängsachse orthogonalen Ebene liegen.

Die Ortung der Schiene erfolgt also durch Lokalisierung des bei der Messung des Abstandes zur Fahrschiene detektierten abrupten Sprungs zwischen Backenschiene und Weichenzunge (bei Befahrung der Weiche durch das Schienenfahrzeug in spitzer Richtung) bzw. des Sprungs in der Abstandsmessung beim Übergang von der Schienenfahrkante zur Flügelschiene (bei Befahrung der Weiche durch das Schienenfahrzeug in stumpfer Richtung). Dies geschieht mittels einer speziellen Anordnung berührungsloser Abstandssensoren, die an der Unterseite eines Schienenfahrzeuges jeweils paarweise übereinan der angeordnet sind und mit hoher Abtastfrequenz die Innenseite der beiden Schienenköpfe des vom Schienenfahrzeug befahrenen Gleises abtasten. Mittels eines integrierten Schaltkreises werden diese Abstandsmessungen in Echtzeit ausgewertet und mittels herkömmlicher Verfahren zur Mustererkennung darüber entschieden, ob eine Zungenspitze befahren wurde. Ein erfindungsgemäß ausgeführtes Schienenfahrzeug ermöglicht also sowohl beim Befahren einer Weiche in spitzer Richtung die Ortung der Zungenspitze als auch beim Befahren einer Weiche in stumpfer Richtung die Ortung des Beginns der Flügelschiene und ist damit in richtungsunabhängiger Weise für die Detektion von Weichen auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten geeignet.
Eventuelle Fehlmessungen einzelner Abstandssensoren können durch das Ausnutzen der wegen der engmaschigen Messungen vorhandenen Redundanzen kompensiert werden.
Der Maschinenrahmen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs kann als Drehgestellrahmen oder aber auch als starrer, zwei Einachslaufwerke verbindender Fahrzeugrahmen ausgeführt sein. Es kann sich bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug also sowohl um ein herkömmliches Trägerfahrzeug (z. B. in Form eines bereits vorhandenen Messfahrzeuges für andere Messaufgaben) mit einem entsprechend nachgerüsteten Drehgestellrahmen als auch um ein eigenständiges Fahrzeug (z. B. in Form eines geschleppten Mess-Trolleys) handeln. Als Abstandssensoren können übliche Laser-Sensoren, die auf der Basis von Triangulationsverfahren arbeiten, zur Anwendung kommen.
Für eine Plausibilitätsprüfung kann das Ausgangssignal des gegenüberliegenden Sensor-Paares auf die Existenz einer abliegenden Weichenzunge hin ausgewertet werden.
Es hat sich dabei als zweckmäßig herausgestellt, wenn das erste Paar von Abstandssensoren in einem vertikalen Abstand von H = 120 mm oberhalb des durch die Radaufstandspunkte des Schienenfahrwerkes aufgespannten Radaufstandsfläche, das zweite Paar von Abstandssensoren um einen vertikalen Abstand von h = 60 mm oberhalb des ersten Paares von Abstandssensoren und alle Abstandssensoren mit einem Abstand zur Mittelachse des Schienenfahrzeuges von L = 100 mm angeordnet sowie die Messachsen jedes Abstandssensores um einen identischen Winkel α₁ = α₂ = 20° gegen die Radaufstandfläche geneigt sind.
Der Erfindungsgedanke wird in nachfolgender Figur verdeutlicht. Es zeigt:
1 Schemadarstellung eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeuges
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug mit zu einem gleisverfahrbaren Schienenfahrwerk gehörenden Rädern (6) in einer zur Fahrzeuglängsachse orthogonalen Ansichtsebene dargestellt. An der Unterseite eines Drehgestellrahmens (1) dieses Schienenfahrzeuges ist eine Trägervorrichtung (2) angebracht, wobei die Trägervorrichtung mittig zum Fahrzeug, d. h. symmetrisch zur Fahrzeugmittellinie (3) positioniert ist. Die Trägervorrichtung dient zur Aufnahme von vier Abstandssensoren. Jeweils zwei dieser Abstandssensoren sind in einer ersten (tiefer zum Gleis liegenden) Einbauebene sowie in einer im vertikalen Abstand (h) exakt darüber angebrachten zweiten (höher über dem Gleis liegenden) Einbauebene der Trägervorrichtung installiert. Zusätzlich sind die beiden Abstandssensoren jeder Einbauebene in zueinander entgegen gesetzter Richtung auf den Mess-Raum unterhalb des jeweiligen Rades (5) ausgerichtet. Die Abstandssensoren sind zudem derart ausgerichtet, dass die Messachsen (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) jedes Abstandssensors unter einem Winkel (α₁ = α₂ = 20°) gegen die Radaufstandsfläche (4) geneigt sind sowie in einer gemeinsamen zur Fahrzeuglängsachse orthogonalen Ebene liegen.

1: Drehgestellrahmen
2: Aufnahmevorrichtung für vier Abstandssensoren
3: Fahrzeugmitte
4: Radaufstandsfläche
5: Messkreisebene
6: Rad des Schienenfahrwerks
7.1.: Messachse des ersten Abstandssensors
7.2.: Messachse des zweiten Abstandssensors
7.3.: Messachse des dritten Abstandssensors
7.4.: Messachse des vierten Abstandssensors

Claims

Schienenfahrzeug mit einem durch Schienenfahrwerke auf einem Gleis verfahrbaren Maschinenrahmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenrahmen (1) mit einer Anordnung (2) von mindestens vier Abstandssensoren verbunden ist, • wobei diese Anordnung mindestens ein erstes Paar von Abstandssensoren, das in einem ersten vertikalen Abstand (H) oberhalb der durch die Radaufstandspunkte des Schienenfahrwerkes aufgespannten Radaufstandsfläche (4) angeordnet ist, sowie mindestens ein zweites Paar von Abstandssensoren, das um einen zweiten vertikalen Abstand (h) oberhalb des ersten Paares von Abstandssensoren beabstandet angeordnet ist, umfasst, • die Abstandssensoren eines jeden Paares achsensymmetrisch und mit einem Abstand L zur Mittelachse (3) des Schienenfahrzeuges angeordnet sind, • die Messachsen (7.1, 7.2) des ersten Paares von Abstandssensoren unter einem Winkel (α₁) gegen die Radaufstandsfläche (4) sowie die Messachsen (7.3, 7.4) des ersten Paares von Abstandssensoren unter einem Winkel (α₂) gegen die Radaufstandsfläche (4) geneigt sind • und die Messachsen (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) aller Abstandssensoren in einer gemeinsamen zur Fahrzeuglängsachse orthogonalen Ebene liegen.