DE102010013312A1 - Überwachungsvorrichtung zur Erkennung von Störungen an einem Gleiskörper - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung (25) sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Gleiskörperabschnitts (10). An einer Vielzahl von Messstellen (x1), (x2), ..., (xn) werden durch Sensoren (27) Messsignale aufgenommen, die die an der jeweiligen Messstelle auftretende Vertikalschwingung (z(t)) bzw. Längsschwingung (x(t)) aufnehmen. In einer Auswerteeinrichtung (28) der Überwachungsvorrichtung (25) werden die Sensorsignale empfangen. Die Auswerteeinrichtung (28) ermittelt Schwingungsparameter (P), die die Schwingung des Gleiskörperabschnitts (10) charakterisiert. Durch Vergleich mit vorgegebenen Vergleichsparametern (VN), (VS) können die ermittelten Schwingungsparameter einen Nstand (S) zugeordnet werden. Als Schwingungsparameter (P) dient beispielsweise die Frequenz der Schwameter (P) verknüpft, um den aktuellen Zustand des Gleiskörperabschnitts (10) zu beschreiben und mit Vergleichsparameterkombinationen (VN), (VS) zu vergleichen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für einen Fahrbahnabschnitt einer Fahrbahn und insbesondere einen Gleiskörperabschnitt. Vorzugsweise ist dieser Gleiskörperabschnitt als so genannte Feste Fahrbahn ausgestaltet. Dabei sind die Schienen nicht auf einem Schotterbett, sondern auf einer Tragkörperanordnung aus einem oder mehreren Betonteilen angeordnet.
• Bei der Planung und Realisierung insbesondere von Schienenverbindungen besteht seit langem das Bedürfnis nach Sicherung eines Gleiskörpers zur Selbstüberwachung und/oder Vollständigkeitsüberprüfung bzw. zur Unfallvermeidung. Gerade bei hohen Fahrgeschwindigkeiten der Züge ist es für den Zugführer unmöglich eine Blockade des Gleises zu erkennen und rechtzeitig zu reagieren. Eine solche Blockade des Gleises kann beispielsweise durch umgestürzte Bäume, herabgestürzte Felsbrocken, Tiere oder ähnliches verursacht werden.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Störung eines Fahrbahnabschnitts und insbesondere eines Gleiskörperabschnitts zu erkennen, so dass rechtzeitig darauf reagiert werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch die Überwachungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 gelöst. Die Überwachungsvorrichtung weist einen Sensor auf, der an einer Messstelle des Fahrbahnabschnitts angeordnet ist. Insbesondere sind entlang des Fahrbahnabschnitts mehrere Sensoren mit Abstand zueinander angeordnet. Der Sensor erfasst die an der Messstelle auftretende Schwingung des Fahrbahnabschnitts. Der Sensor kann dabei Längsschwingungen in Verlaufsrichtung des Fahrbahnabschnitts und insbesondere der Schienen und/oder in etwa rechtwinklig zur Fahrbahn auftretende Vertikalschwingungen erfassen. Unter dem Begriff Vertikalrichtung ist die Richtung zu verstehen, die rechtwinkelig zu der Ebene verläuft, in der die Fahrbahn und beispielsgemäß die Schienen verläuft. Auch Lateralschwingungen in der Ebene des Fahrbahnabschnitts und quer zu seiner Verlaufsrichtung können erfasst werden. Die Vertikalschwingungen sind hauptsächlich durch Transversalwellen verursacht. Die Transversalwellen breiten sich langsamer aus als die Longitudinalwellen. Die Belastung des Gleiskörperabschnitts oder allgemein des Fahrbahnabschnitts wird jedoch maßgeblich durch die Vertikalschwingung mitbestimmt, so dass deren Erfassung vorteilhaft ist, wenn zum Beispiel aus der Schwingungsauswertung auch beurteilt werden soll, ob der Gleiskörperabschnitt durch die Schwingung beschädigt wurde. Vorzugsweise werden die Schwingungen des Fahrbahnabschnitts in alle drei Raumrichtungen erfasst.
• Es ist zweckmäßig, zusätzlich zu einer Schwingung auch eine zumindest zeitweise im Wesentlichen unveränderte Belastung, zum Beispiel den Druck auf den Fahrbahnabschnitt zu messen. Dadurch lassen sich unbewegte Objekte auf dem Fahrbahnabschnitt erkennen und lokalisieren.
• Die Sensoren übertragen ihre Sensorsignale an eine Auswerteeinrichtung. Bevorzugt ist allen Sensoren des Fahrbahnabschnitts eine gemeinsame Auswerteeinrichtung zugeordnet. Aus den empfangenen Sensorsignalen ermittelt die Aus werteeinrichtung einen oder mehrere Schwingungsparameter. der Schwingung und vergleicht diese mit einem jeweils zugeordneten vorgegebenen Vergleichsparameter. Abhängig vom Vergleichsergebnis wird ein Ausgangssignal erzeugt. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung die Frequenz der Vertikalschwingung an einer oder mehreren Messstellen erfassen. Als Vergleichsparameter sind in diesem Fall ein oder mehrere Frequenzbereiche vorgegebenen, die beim störungsfreien Betrieb in dem Fahrbahnabschnitt auftreten. Diese zulässigen Frequenzbereiche können zum Beispiel empirisch ermittelt werden. Beim Fahren von Zügen auf dem Gleiskörperabschnitt oder durch kreuzenden Fahrzeugverkehr an Bahnübergängen oder durch Fahrzeuge auf benachbarten Straßen und Fahrbahnen, usw. treten Schwingungen auf, die jedoch keine Beeinträchtigung für den Gleiskörperabschnitt darstellen. In der Auswerteeinrichtung wird insbesondere anhand der Frequenz entschieden, ob die erfasste Schwingung auf eine Störung zurückzuführen ist. Hierfür können auch typische Frequenzen von auftretenden Störungen in der Auswerteeinrichtung vorgegeben sein. Bei solchen Störungen kann es sich zum Beispiel um einen umstürzenden Baum oder Strommasten, um das Betreten des Gleiskörperabschnitts durch Tiere oder unbefugte Personen, um herabstürzende Felsen oder dergleichen handeln. Bei einer solchen Störung wird der Gleiskörper blockiert und es kann zu Unfällen kommen. Die Auswerteeinrichtung erzeugt ein Ausgangssignal, das angibt, ob die erfasste Schwingung dem störungsfreien Normalbetrieb oder auf eine Störung des Gleiskörperabschnitts zurückzuführen ist.
• Zur besseren Unterscheidung des Normalbetriebs von Störungen kann es vorteilhaft sein, wenn anhand der Sensorsignale mehrere unterschiedliche Schwingungsparameter ermittelt werden. Beispielsweise können zusätzlich oder alternativ zur Schwingungsfrequenz Schwingungsparameter wie die Dämpfung und/oder die Amplitude der Schwingung bestimmt werden. Weitere Schwingungsparameter können zum Beispiel zeitliche Ableitungen der Frequenz und/oder der Dämpfung und/oder der Amplitude der Schwingung sein.
• Aus den Sensorsignalen – insbesondere den die Vertikalschwingung beschreibenden Sensorsignalen – kann des Weiteren die mechanischen Belastungen bzw. Beanspruchungen des Fahrbahnabschnitts an der Messstelle ermittelt werden und als Schwingungsparameter dienen. Hierfür können beispielsweise die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung und/oder der Verbiegungswinkel und/oder die Dehnung bzw. Stauchung des Fahrbahnabschnitts an der Messstelle ermittelt werden. Aus einem oder mehreren von diesen die Beanspruchung angebenden Schwingungsparametern lässt sich eine Störung besonders sicher von störungsfreien Normalbetriebszuständen unterscheiden. Die Schwingungsparameter können für die Vertikalschwingung und/oder die Längsschwingung bestimmt werden.
• Bei der Überwachungsvorrichtung mit Selbstüberwachungsfunktion des Fahrbahnabschnitts nach Patentanspruch 1 wertet die Auswerteeinrichtung die Sensorsignale von mehreren Sensoren entlang des Fahrbahnabschnitts dahingehend aus, ob die Signale den erwarteten Signalen entsprechen. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung ein Testsignal über eine Leitung an die Sensoren aussenden und die Signalantwort empfangen. Eine Unterbrechung der Leitung wird erkannt, da nur erwartungsgemäße Signalantworten der Sensoren zwischen der Auswerteeinrichtung und der Unterbrechungsstelle empfangen werden. An der Unterbrechungsstelle treten dabei Reflexionen auf, die jedoch nicht mit der erwarteten Signalantwort übereinstimmen. Auf diese Weise wird eine Leitungsunterbrechung erkannt. Bevorzugt handelt es sich bei der Leitung um einen Lichtwellenleiter. Die Sensoren sind dann beispielsweise als Bragg-Gitter im Lichtwellenleiter ausgeführt.
• Die Sensoren sind bevorzugt unmittelbar in oder an dem Fahrbahnabschnitt vorgesehen. Sie können beispielsweise unmittelbar in den Fahrbahnaufbau eingebettet sein. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es auch möglich, die Sensoren in Lärmschutzeinrichtungen anzuordnen, die entlang des Fahrbahnabschnitts verlaufen. Bei solchen Lärmschutzeinrichtungen kann es sich zum Beispiel um Lärmschutzwände handeln. Entlang der Schienen eines Gleiskörperabschnitts können auch Diffusor- oder Absorberkörper vorgesehen sein, die zwischen oder neben den Schienen auf dem Untergrund angeordnet sind und sich insbesondere unterhalb des Lichtraumprofils für das Schienenfahrzeug erstrecken.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt sich dabei auf wesentliche Merkmale der Erfindung. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Es zeigen:
• 1 eine schematische, perspektivische Anordnung eines Gleiskörperabschnitts,
• 2 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung der Überwachungsvorrichtung,
• 3 eine beispielhafte qualitative Darstellung einer Schwingung des Gleiskörperabschnitts an drei verschiedenen Messstellen.
• 1 zeigt einen Gleisabschnitt 10 mit beispielsgemäß zwei parallel zueinander verlaufenden Schienen 11. Der Gleisabschnitt 10 kann eine Länge von mehreren hundert Metern oder auch mehreren Kilometern aufweisen. Die Darstellung in 1 ist nicht maßstäblich, sondern veranschaulicht schematisch den Aufbau des Gleiskörperabschnitts 10. Die beiden Schienen 11 sind auf einen Betongrundkörper 12 gelagert. Der Betongrundkörper 12 kann aus Ortbeton gegossen sein. Er weist zwei in Längsrichtung x verlaufende Längsvertiefungen 13 auf, in die jeweils eine Schienentragrinne 14 aus Beton eingesetzt ist. Jede der beiden Schienentragrinnen 14 verfügt über eine in Längsrichtung x verlaufende Aufnahmerinne 15. In die Aufnahmerinnen 15 ist jeweils eine der Schienen 11 eingestezt und dort mit Hilfe einer Vergussmasse 16 in der gewünschten Lage eingegossen.
• Dem Gleiskörperabschnitt 10 kann eine Lärmschutzeinrichtung 18 zugeordnet sein. Als Lärmschutzeinrichtung 18 kann beispielsweise eine mit seitlichem Abstand zu den Schienen 11 angeordnete Lärmschutzwand 19 vorgesehen sein, die sich in Längsrichtung x parallel zur Verlaufsrichtung des Gleiskörperabschnitts 10 erstreckt. Zusätzlich oder alternativ kann die Lärmschutzeinrichtung 18 Lärmschutzkörper 20 aufweisen, die zwischen den Schienen 11 oder seitlich neben den Schienen 11 entlang des Gleiskörperabschnitts 10 verlaufen und den darunter liegenden Untergrund flächig abdecken. Die Lärmschutzkörper 20 dienen beispielsweise dazu, die Schallenergie durch Reibung in Wärme umzuwandeln und dadurch die Schallemissionen zu reduzieren, während ein Zug den Gleiskörperabschnitt überfährt. Solche Lärmschutzkörper 20 sind im Detail in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2009 044 339.8 beschrieben.
• In den Aufnahmerinnen 15 können unterhalb der Schienen 11 elektrische Elemente vorgesehen werden, die den Druck auf die Schiene in elektrische Energie umwandeln. Möglichkeiten zur Erzeugung elektrischer Energie an einem Gleiskörper sind in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2009 035 009.8 offenbart, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Die elektrische Energie kann zum Beispiel für den Betrieb einer nachfolgend beschriebenen Überwachungsvorrichtung 25 verwendet werden. Zur Zwischenspeicherung der leektrischen Energie können lokale Energiespeicher, z. B. Akkumulatoren oder Kondensatoren vorgesehen sein.
• Der Gleiskörperabschnitt 10 weist eine Überwachungsvorrichtung 25 auf, die beispielsgemäß zwei Funktionen hat. Zum einen dient sie dazu, eine Störung des Gleiskörperabschnitts 10 zum Beispiel durch eine Blockade zu erkennen. Mit Hilfe der Überwachungsvorrichtung 25 können beispielsweise umgestürzte Bäume 26, umgestürzte Strommasten, auf den Gleiskörper 10 herabgestürzte Gesteinsbrocken, auf dem Gleiskörper 10 laufende Tiere oder Personen oder ähnliches erkannt werden. Es ist daher möglich, auf die erkannte Blockade zu reagieren und entsprechende Maßnahmen rechtzeitig einzuleiten. Zum anderen kann mit Hilfe der Überwachungsvorrichtung 25 auch eine Störung des Gleiskörperabschnitts 10 festgestellt werden, die insbesondere durch eine Unterbrechung des Gleises oder der Lärmschutzeinrichtung verursacht wurde (Selbstüberwachung). Zugunfälle können gemildert oder in vielen Fällen verhindert werden.
• Die Überwachungsvorrichtung 25 weist beim Ausführungsbeispiel mehrere entlang des Gleiskörpers 10 angeordnete Sensoren 27 auf, die mit einer Auswerteeinrichtung 28 verbunden sind. Jeder Sensor 27 sitzt an einer Messstelle x1, x2, ... xn entlang des Gleiskörperabschnitts 10. Die Sensoren 27 können dabei zur Erfassung von Längsschwingungen in Längsrichtung x und/oder Vertikalschwingungen in Vertikalrichtung z ausgebildet sein. An einer Messstelle x1, x2 xn können jeweils ein Messsensor zur Erfassung der Vertikalschwingung und ein Messsensor zur Erfassung der Längsschwingung vorhanden sein. Alternativ wird an einer Messstelle entweder die Vertikalschwingung oder die Längsschwingung erfasst.
• Die entlang des Gleiskörperabschnitts 10 angeordneten Sensoren 27 sind über eine Leitung 29 miteinander und mit der Auswerteeinrichtung 28 verbunden. Die Sensoren 27 können auf verschiedenen physikalischen Messprinzipien beruhen. Beispielsweise können die Sensoren 27 als Beschleunigungsaufnehmer ausgestaltet sein und die Beschleunigung in Vertikalrichtung z und/oder in Längsrichtung x erfassen.
• Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Sensoren 27 durch Bragg-Gitter gebildet sein, die in einen entlang des Gleiskörpers 10 verlaufenden Lichtwellenleiter eingebracht sind. Der Lichtwellenleiter bildet in diesem Fall die Leitung 29. Die Auswerteinrichtung 28 sendet Licht mit verschiedenen Wellenlängen aus, das sich in der vom Lichtwellenleiter 29 ausbreitet. Jedes Bragg-Gitter reflektiert eine bestimmte Lichtwellenlänge, die sich dann ändert, wenn das den Sensor 27 darstellende Bragg-Gitter in Erstreckungsrichtung des Lichtwellenleiters 29 gedehnt oder gestaucht wird. Diese Spektralverschiebung des reflektierten Lichts kann in der Auswerteinrichtung 28 als Sensorsignal empfangen werden. Die Bragg-Gitter reagieren auf Dehnungen und Stauchungen des Lichtwellenleiters 29 empfindlicher als auf mechanische Beeinflussungen rechtwinkelig dazu. Um bei dieser Ausgestaltung sowohl Vertikalschwingungen, als auch Längsschwingungen gleichermaßen gut messen zu können, kann der Lichtwellenleiter 29 abschnittsweise in Längsrichtung x und abschnittsweise in Vertikalrichtung z verlaufen, wie dies schematisch in 1 dargestellt ist.
• Befindet sich das Bragg-Gitter in einem in Vertikalrichtung z verlaufenden Lichtwellenleiterabschnitt, werden darüber Vertikalschwingungen erfasst. Ist das Bragg-Gitter in einem in Längsrichtung x verlaufenden Lichtwellenleiterabschnitt vorgesehen, erfasst es im Wesentlichen Längsschwingungen in Längsrichtung x. Über ein in der x-z-Ebene schräg verlaufenden Lichtwellenleiterabschnitt mit Bragg-Gitter können sowohl Vertikal – wie auch Längsschwingungen aufgenommen werden. Bei einer nicht näher dargestellten Abwandlung kann sich der Lichtwellenleiter 29 mit einem Bragg-Gitter auch in Lateralrichtung y rechtwinkelig zur Längsrichtung x und zur Vertikalrichtung z erstrecken. Der Lichtwellenleiter kann abschnittsweise auch schräg zu allen Richtungen x, y, z verlaufen, so dass ein dort angeordnetes Bragg-Gitter Schwingungen in alle Richtungen gut messen kann.
• Neben den Schwingungen kann auch eine sich zumindest zeitweise unveränderte Belastung wie eine Kraft oder ein Druck durch die Sensoren 27 erfasst werden. Zumindest ein Teil der Sensoren 27 kann hierfür zum Beispiel als piezoelektrische Sensoren ausgeführt sein. Mittels der Bragg-Gitter kann anhand einer Verschiebung der Bragg-Wellenlänge im Sensorsignal auch eine anhaltende Kraft bzw. Druck am Fahrbahnabschnitt festgestellt werden.
• Zur Selbstüberwachung sendet die Auswerteeinrichtung 25 ein Lichtsignal durch die Lichtwellenleitung 29. Die durch die Bragg-Gitter gebildeten Sensoren 27 reflektieren jeweils einen spektralen Anteil des Lichtsignals, der ihrer Bragg-Wellenlänge entspricht. Diese Bragg-Wellenlänge kann variieren, wenn auf das Bragg-Gitter eine Kraft einwirkt, durch die es mechanisch verformt wird. Der Spektralbereich der Reflexionen des Lichtsignals ist bekannt. Die tatsächlich empfangenen Reflexionen können daher mit den erwarteten Empfangssignalen in der Auswerteeinrichtung 28 verglichen werden. Eine Unterbrechung der Leitung 29 wird auf diese Weise bei einer Abweichung der Reflexionen von den erwarteten Reflexionssignalen erkannt. An der Unterbrechungsstelle endet die Leitung, so dass andere Reflexionen des Lichtsignals entstehen als an einem der Sensoren. Aus den Sensorsignalen, die den erwarteten Reflexionen entsprechen, kann die Unterbrechungsstelle lokalisiert werden.
• Befindet sich die Leitung 29 in einer Lärmschutzeinrichtung 18, so kann deren Vollständigkeit geprüft werden. Beispielsweise kann die Lärmschutzwand aus umklappbaren Wandteilen bestehen. Ist ein Wandteil umgeklappt, wird die Leitung 29 unterbrochen. Es könnten sich beispielsweise Tiere oder unbefugte Personen auf der Fahrbahn befinden. Die Auswerteeinrichtung 28 liefert ein entsprechendes Ausgangssignal und die Situation kann untersucht werden.
• Die Auswerteinrichtung 28 ermittelt aus den Sensorsignalen der Sensoren 27 einen oder mehrere Schwingungsparameter P. Diese Schwingungsparameter P werden anschließend mit vorgegebenen, abgespeicherten Vergleichsparametern V verglichen, um den störungsfreien Normalbetrieb von Störfällen unterscheiden zu können.
• Als Schwingungsparameter P bzw. Vergleichsparameter V können beispielsweise die Frequenz f oder die Dämpfung und/oder die Amplitude der Schwingung z ausgewertet werden. Beispielhafte Schwingungsverläufe für Vertikalschwingungen z an verschiedenen Messstellen x1, x2, xn sind in 3 qualitativ dargestellt. Dabei sei angenommen, dass ein Gegenstand, beispielsweise ein Baum 26 auf den Endbereich des Gleisabschnitts 10 aufschlägt. Ab einem ersten Zeitpunkt t₀ empfängt der Sensor 27 an der ersten Messstelle x1 die Vertikalschwingung z1(t). Zeitverzögert empfängt der benachbarte Sensor 27 an der zweiten Messstelle x2 die Vertikalschwingung z2(t) zu einem zweiten Zeitpunkt t₁. Durch die Dämpfung bei der Übertragung der Schwingung entlang des Gleiskörpers 10 ist die Amplitude an der zweiten Messstelle x2 geringer als an der ersten Messstelle x1. Zu einem dritten Zeitpunkt t₂ empfängt schließlich der letzte Sensor 27 entlang des Gleiskörperabschnitts 10 die Vertikalschwingung zn(t), deren Amplitude geringer ist, als die der Vertikalschwingungen an den vorhergehenden Messstellen ausgehend von der Stelle x0 betrachtet, an der das Störereignis eingetreten ist.
• Es zeigt sich, dass die Frequenz einer Störung durch einen umgekippten Baum, einen umgekippten Strommasten oder einen herabgefallenen Felsen geringer ist, als die einen entlang des Gleiskörperabschnitts 10 fahrenden Zuges. Ferner kann aus den empfangenen Sensorsignalen erkannt werden, dass die Erregung der Schwingung örtlich stationär ist und sich nicht entlang des Gleiskörpers 10 bewegt. Anhand der Amplitude kann auf die Krafteinwirkung an der Störungsstelle x0 geschlossen werden. In der Auswerteeinrichtung 28 können die Frequenz und/oder die Dämpfung und/oder die Amplitude der Schwingung z (t) an den verschiedenen Messstellen x1, x2, ..., xn auch hinsichtlich ihrer zeitlichen Änderung bewertet werden. Durch Differenzbildung zwischen den Schwingungen an zwei unterschiedlichen Messstellen x1, x2, xn kann die räumliche Änderung der Schwingung ermittelt werden.
• Es ist ferner möglich, die mechanische Belastung an den verschiedenen Messstellen x1, x2, ..., xn aus den von den Sensoren 27 empfangenen Sensorsignalen zu ermitteln. Sind die Sensoren 27 beispielsweise als Beschleunigungsaufnehmer ausgeführt, so ist die Beschleunigung a(t) des Gleiskörperabschnitts 10 an der betreffenden Messstelle x1, x2, ..., xn direkt bekannt, zum Beispiel die Beschleunigung az(t) in Vertikalrichtung. Daraus kann durch Integration die Geschwindigkeit v(t) bzw. vz(t) sowie die Elongation z(t) des Gleiskörperabschnitts 10 an den Messstellen x1, x2, ..., xn berechnet werden. Da die Ausbreitung von Vertikal- und Longitudinalschwingungen im Material des Gleiskörpers 10 bekannt ist, besteht auch die Möglichkeit Materialstauchungen, Materialdehnungen sowie Verbiegungswinkel des Gleiskörpers 10 an den Messstellen x1, x2, ..., xn zu bestimmen. Dabei ist die Phasenverschiebung der Sensorsignale aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten von Längs- und Vertikalschwingung zu berücksichtigen.
• In 4 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überwachung des vom Gleiskörperabschnitt 10 gebildeten Fahrbahnabschnitts schematisch anhand eines Ablaufdiagramms veranschaulicht.
• Aus den Signalen der Sensoren 27 werden zunächst ein oder mehrere Schwingungsparameter P, wie etwa die Frequenz und/oder die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung der Schwingung des Gleiskörperabschnitts 10 an den verschiedenen Messstellen x1, x2, ..., xn ermittelt. In der Auswerteeinrichtung 28 sind bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Gruppen von jeweils mehreren, miteinander verknüpften Vergleichsparametern V vorgegeben. In der einen Gruppe VN sind die Kombinationen von Vergleichsparametern V enthalten, die Schwingungsverhalten des Gleiskörperabschnitts 10 angeben, die während des Normalbetriebs auftreten. Solche Schwingungen können durch auf den Gleiskörperabschnitt 10 fahrenden Zügen, durch den Gleiskörperabschnitt 10 querende Fahrzeuge, durch Schwingungen einer im Bereich des Gleiskörperabschnitts 10 vorhandene Brücke, usw. hervorgerufen werden. Diese bekannten Schwingungsmuster lassen sich jeweils durch eine Kombination von verschiedenen Schwingungsparametern P beschreiben. Alle bekannten, während des Normalbetriebs auftretenden Schwingungsmuster sind durch jeweils eine Kombination von Schwingungsparametern P beschrieben und in der Gruppe VN als Vergleichsparameter V abgelegt.
• In einer zweiten Gruppe VS sind diejenigen Vergleichsparameterkombinationen abgespeichert, die bei Störfällen, wie etwa umstürzenden Bäumen oder Strommasten, herabfallenden Felsbrocken, auf dem Gleisabschnitt 10 laufenden Tieren, usw. auftreten. Diese unterschiedliche Störfälle beschreibenden Vergleichsparameterkombinationen können in einer Simulation oder durch Versuchsmessungen ermittelt werden.
• Die Auswahl und Kombination von mehreren Schwingungsparametern P aus der Gesamtheit aller verfügbaren Schwingungsparameter P können zur Beschreibung der verschiedenen Normalbetriebsfälle und/oder Störbetriebsfälle in den Gruppen VN bzw. VS verschieden sein. Abhängig davon, welche Schwingungsparameter P einen Normalbetriebsfall oder Störbetriebsfall hinreichend beschreiben, werden die betreffenden Schwingungsparameter P kombiniert. Aus Sicherheitsgründen können auch redundante Informationen in Form von zusätzlichen Schwingungsparametern P berücksichtigt werden.
• In der Auswerteeinrichtung 28 werden die aktuellen Schwingungsparameter P auf Basis der empfangenen Sensorsignale in einem ersten Schritt 41 ermittelt. Im darauf folgenden zweiten Schritt 42 werden die abgespeicherten Vergleichsparameterkombinationen aus der den Normalbetrieb darstellenden Gruppe VN eingelesen und in einem dritten Schritt 43 mit den aktuellen Schwingungsparametern P verglichen. Stellt sich bei diesem Vergleich heraus, dass die aktuellen Schwingungsparameter P dem Normalbetriebszustand entsprechen, erzeugt die Auswerteeinrichtung 28 ein Ausgangssignal A, das den störungsfreien Normalbetriebszustand N angibt (vierter Schritt 44). Anderenfalls werden in einem fünften Schritt 45 die Vergleichsparameterkombinationen eingelesen, die der zweiten Gruppe VS angehören und Störbetriebsfälle charakterisieren.
• Ein Vergleich in einem sechsten Verfahrensschritt 46 prüft die Übereinstimmung zwischen den aktuellen Schwingungsparametern P mit den Vergleichsparametern VS, die einen Störbetrieb anzeigen. Wird eine Übereinstimmung gefunden, so wird in einem siebten Schritt 47 durch die Auswerteeinrichtung 28 ein Ausgangssignal A erzeugt, das den Störbetriebszustand S anzeigt. Anderenfalls wird zum vierten Schritt 44 gesprungen und durch das Ausgangssignal A der Normalbetriebszustand N angezeigt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, einen undefinierten Warnzustand W durch das Ausgangssignal A anzugeben, wenn weder im dritten Schritt 43, noch im sechsten Schritt 46 eine Übereinstimmung der ermittelten Schwingungsparameter P mit Vergleichsparametern VN des Normalbetriebszustands sowie Vergleichsparametern VS des Störbetriebszustands gefunden werden konnte.
• In Abwandlung zum dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist es auch möglich, zwischen dem dritten Schritt 43 und dem vierten Schritt 44 zusätzlich zu prüfen, ob die ermittelten Schwingungsparameter P einem vorgegebenen Störbetriebszustand entsprechen, analog wie dies im sechsten Schritt 46 durchgeführt wird. Dadurch kann sozusagen eine Sicherheitsabfrage realisiert werden, um falsche Anzeigen zu vermeiden.
• Die Überwachungsvorrichtung 25 kann über eine Fuzzy-Logik verfügen. Bei den Abfragen im dritten Schritt 43 sowie im sechsten Schritt 46 können dann Fuzzy-Kriterien für die ermittelten aktuellen Schwingungsparameter P überprüft werden. Die Vergleichsparameter V sind dabei sozusagen unscharf formuliert.
• Ferner kann die Überwachungsvorrichtung 25 als lernendes System ausgestaltet sein. Zum Beispiel kann die Überwachungsvorrichtung 25 ein Neuronales Netz aufweisen. Ermittelte Schwingungsparameter P werden dem Normalbetriebszustand N bzw. dem Störbetriebszustand S zugeordnet und in der Auswerteeinrichtung 28 als Vergleichsparameter V abgespeichert. Stimmt die getroffene Entscheidung nicht mit den tatsächlichen Verhältnissen überein, kann der abgespeicherte Vergleichsparameter-Datensatz manuell korrigiert werden.
• Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung 25 sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Gleiskörperabschnitts 10. An einer Vielzahl von Messstellen x1, x2, ..., xn werden durch Sensoren 27 Messsignale aufgenommen, die die an der jeweiligen Messstelle auftretende Vertikalschwingung z(t) bzw. Längsschwingung aufnehmen. In einer Auswerteeinrichtung 28 der Überwachungsvorrichtung 25 werden die Sensorsignale empfangen. Die Auswerteeinrichtung 28 ermittelt Schwingungsparameter P, die die Schwingung des Gleiskörperabschnitts 10 charakterisiert. Durch Vergleich mit vorgegebenen Vergleichsparametern VN, VS können die ermittelten Schwingungsparameter einen Normalbetriebszustand N bzw. einem Störbetriebszustand S zugeordnet werden. Als Schwingungsparameter P dient beispielsweise die Frequenz der Schwingung. Vorzugsweise werden mehrere Schwingungsparameter P verknüpft, um den aktuellen Zustand des Gleiskörperabschnitts 10 zu beschreiben und mit Vergleichsparameterkombinationen VN, VS zu vergleichen.
• Bezugszeichenliste

10

Gleiskörperabschnitt

11

Schiene

12

Grundkörper

13

Längsvertiefung

14

Schienentragrinne

15

Aufnahmerinne

18

Lärmschutzeinrichtung

19

Schallschutzwand

20

Lärmschutzkörper

25

Überwachungsvorrichtung

26

Gegenstand/Baum

27

Sensor

28

Auswerteeinrichtung

29

Leitung

41

erster Schritt

42

zweiter Schritt

43

dritter Schritt

44

vierter Schritt

45

fünfter Schritt

46

sechster Schritt

47

siebter Schritt

x

Längsrichtung

y

Lateralrichtung

z

Vertikalrichtung

z(t)

Elongation in Vertikalrichtung

az

Beschleunigung in Vertikalrichtung z

vz

Geschwindigkeit in Vertikalrichtung z

P

Schwingungsparameter

V

Vergleichsparameter

VN

Vergleichsparameter Normalbetriebszustand

VS

Vergleichsparameter Störbetriebszustand

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102009044339 [0016]
• DE 102009035009 [0017]

Claims (10)

1. Überwachungsvorrichtung für einen Fahrbahnabschnitt, insbesondere einen Gleiskörperabschnitt (10), mit mehreren Messstellen (x1, x2, xn) entlang des Fahrbahnabschnitts (10), an denen jeweils ein Sensor (27), die auftretenden Belastungen und/oder Schwingungen (z1(t), z2(t), z3(t)) des Fahrbahnabschnitts (10) erfasst und ein Sensorsignal erzeugt, mit einer Auswerteeinrichtung (28), die über eine Leitung (29) mit den Sensoren (27) verbunden ist, wobei die Auswerteeinrichtung (28) die empfangenen Sensorsignale mit erwarteten Sensorsignalen vergleicht, wodurch bei Abweichungen eine Unterbrechung in der Leitung (29) erkannt wird.
2. Überwachungsvorrichtung für einen Fahrbahnabschnitt, insbesondere einen Gleiskörperabschnitt (10), mit einem Sensor (27), der die an einer Messstelle (x1, x2, xn) auftretenden Schwingungen (z1(t), z2(t), z3(t)) des Fahrbahnabschnitts (10) erfasst und ein Sensorsignal erzeugt, mit einer Auswerteeinrichtung (28), die das Sensorsignal empfängt, auf Basis des Sensorsignals einen Schwingungsparameter (P) ermittelt, mit einer vorgegebenen Vergleichsparameter (V) vergleicht und abhängig vom Vergleichsergebnis ein Ausgangssignal (A) erzeugt.
3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (28) mehrere Schwingungsparameter (P) ermittelt und mit Vergleichsparametern (V) vergleicht.
4. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (28) die Frequenz und/oder die Dämpfung und/oder die Amplitude der Schwingung (z1(t), z2(t), z3(t)) auswertet.
5. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (28) eine zeitliche und/oder räumliche Änderung der Frequenz und/oder der Dämpfung und/oder der Amplitude der Schwingung auswertet.
6. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (28) als Schwingungsparameter (P) die Geschwindigkeit (vz) und/oder die Beschleunigung (az) und/oder den Verbiegungswinkel und/oder die Dehnung oder Stauchung des Fahrbahnabschnitts (10) an der Messstelle (x1, x2, xn) ermittelt.
7. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Fahrbahnabschnitts (10) mehrere Sensoren (27) angeordnet sind, die alle mit derselben Auswerteeinrichtung (28) verbunden sind.
8. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (27) eine Longitudinalschwingung und/oder eine Transversalschwingung (z1(t), z2(t), z3(t)) erfassen.
9. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (27) in oder an einem Fahrbahnoberbau (12, 14, 16) des Fahrbahnabschnitts (10) angeordnet ist.
10. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (27) in oder an einer sich entlang des Fahrbahnabschnitts (10) erstreckenden Lärmschutzeinrichtung (18) angeordnet ist.

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