DE102011079385A1

DE102011079385A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung eines Schienenbruches

Info

Publication number: DE102011079385A1
Application number: DE201110079385
Authority: DE
Inventors: Klaus Dietrich; Andreas Däbritz; Steffen Hunger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2013-01-24
Also published as: WO2013010867A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Schienenbruches in einer Fahrschiene eines Gleisabschnittes. Dabei wird ein durch die Fahrschiene verlaufender elektrischer Stromkreis gebildet. Ferner wird eine mit dem Stromkreis zusammenhängende elektrische Größe, die sich bei Vorliegen eines Schienenbruches messbar ändert, gemessen. Erfindungsgemäß wird der elektrische Stromkreis durch den Betriebsstromkreis für ein auf dem Gleisabschnitt betriebenes elektrisches Triebfahrzeug gebildet. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welches mit dem Betriebsstromkreis gekoppelte Messwandler zur Erfassung von den Wert der elektrischen Größe repräsentierenden Messdaten, eine Zentrale zur Auswertung der Messdaten und ein System zur Übertragung der Messdaten von den Messwandlern zur Auswertungszentrale aufweist. Hierdurch wird ein zuverlässiges und kostengünstiges Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Schienenbrüchen bereitgestellt, die mit beliebigen Gleisfreimeldesystemen eingesetzt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Schienenbruches nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung durch Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 4.
Bahnbetreiber wünschen zur sicheren Durchführung des Bahnbetriebes eine rechtzeitige Erkennung eines Schienenbruches. Man unterscheidet Schienenausbrüche, die meist seitlich im Kopfbereich einer Schiene auftreten, und Schienendurchbrüche, jeweils in verschiedenen Stadien.
Die Offenlegungsschrift DE 199 29 570 A1 offenbart ein Verfahren zum Erkennen von Schienenunterbrechungen und Schienenanbrüchen auf einer Prüf- und Überwachungsstrecke einer Gleisanlage, die in mehrere Schienenabschnitte unterteilt ist. Hierzu werden akustische Schwingungen, insbesondere Ultraschallschwingungen, durch einen ersten Sender am Anfang eines ersten Schienenabschnittes in die Fahrschiene in Richtung auf das Ende des ersten Schienenabschnittes eingeleitet, wo ein an die Fahrschiene angekoppelter zweiter Empfänger den dort noch verfügbaren Teil der eingekoppelten akustischen Schwingungen detektiert. Bei Vorhandensein eines hinreichend starken Empfangspegels veranlasst der zweite Empfänger über einen zweiten Sender das Einspeisen genügend energiereicher akustischer Schwingungen in die Fahrschiene eines anschließenden zweiten Schienenabschnittes. Diese akustischen Schwingungen unterscheiden sich z.B. in ihrer Frequenz und Codierung von denen des ersten Senders, so dass ein dritter Empfänger am Ende des zweiten Schienenabschnittes eine eindeutige Zuordnung der empfangenen Schwingungen zum zweiten Sender vornehmen kann. Die empfangenen Schwingungen werden sukzessive von weiteren Empfängern jeweils aus der Fahrschiene ausgekoppelt und nach Bewertung und Umsetzung über einen zugeordneten weiteren Sender in die Fahrschiene eines jeweils folgenden Schienenabschnittes eingespeist. Am Ende des letzten Schienenabschnittes befindet sich ein letzter Empfänger, der aus dem Empfang eines hinreichenden Anteils der vom vorletzten Sender in die Fahrschiene eingekoppelten akustischen Schwingungen auf eine nicht gebrochene Fahrschiene schließt. Bei einer Schienenunterbrechung oder einem Schienenanbruch wird mindestens einer der Empfänger keinen ausreichend hohen Schwingungspegel empfangen. Als Folge davon wird der räumlich zugeordnete Sender zum Einspeisen akustischer Schwingungen nicht aktiviert und der Empfänger am Ende des letzten Schienenabschnittes keine Eingangssignale mehr erhalten. Über die unterschiedlichen Frequenzen und/oder Codierungen der einzelnen Sender kann auch der Schienenabschnitt mit dem erkannten Schienenbruch ermittelt werden.
Neben dieser kontinuierlichen Gleisüberwachung kann das Körperschallverfahren auch diskontinuierlich auf Servicefahrzeugen in Langsamfahrt oder auf Regelfahrzeugen mit Betriebsgeschwindigkeit erfolgen. Dabei können alle Arten von Schienenbrüchen auch in frühen Stadien erkannt werden. Der Aufwand hinsichtlich Investition und auch im Betrieb ist zwar geringer als bei der oben genannten kontinuierlichen Überwachung, aber durch die erforderlichen Spezialfahrzeuge noch immer erheblich. Außerdem werden durch die Langsamfahrt proportional zur Länge des zu überwachenden Gleisabschnittes steigende Behinderungen im Bahnbetrieb verursacht.
Aus der Patentschrift DE 37 38 696 C2 ist ein Verfahren zur Ortung eines Schienenbruches in einem mindestens einschienig isolierten, einen Gleisstromkreis bildenden Gleisabschnitt bekannt. An einem Ende des Gleisabschnittes wird Gleisstrom eingespeist und an dessen anderem Ende wird mittels eines Gleisrelais überwacht, ob Gleisstrom fließt. In kurzen Zeitabständen wird der Eingangswiderstand des Gleisabschnittes aus der Stromstärke des eingespeisten Gleisstromes und der an der Einspeisestelle anstehenden Gleisspannung berechnet. Mit Hilfe bekannter, für ein Eisenbahngleis geltender Leitungsgleichungen wird daraus bei bekannter Gleisabschnittslänge der Wert der Bettungsableitung berechnet und gespeichert. Ein eine elektrische Unterbrechung einer Schiene bewirkender Schienenbruch macht sich durch Verschwinden des Gleisstromes an dem der Einspeisestelle gegenüber liegenden Gleisabschnittsende bei gleichzeitigem Anstieg des Eingangswiderstandes bemerkbar. Bei Auftreten eines Schienenbruches wird dessen Entfernung von der Einspeisestelle mit Hilfe der Leitungsgleichungen und des gespeicherten Wertes der Bettungsableitung aus dem nach dem Auftreten des Schienenbruches gemessenen Eingangswiderstand als Länge des bis zum dem Ort des Schienenbruches reichenden Gleisstückes berechnet und angezeigt.
Der Aufwand dieses Verfahrens ist im Vergleich zu Körperschallverfahren bei der Investition geringer und im Betrieb marginal, sofern als Gleisfreimeldesystem auf der Basis von Gleisstromkreisen bereits vorhanden ist. Bei der Verwendung alternativer Gleisfreimeldesysteme, die heute zunehmend auf der Basis von am Anfang und am Ende eines überwachten Schienenabschnittes angeordneten Achszählern arbeiten, bedeutet der Einsatz derartiger Verfahren jedoch einen Mehraufwand. Außerdem können durch die Auswertung der Signalqualität von Gleisstromkreisen lediglich Schienendurchbrüche im Endstadium erkannt werden, das heißt die Fahrschiene muss vollständig durchtrennt sein und darf keinen elektrischen Kontakt zwischen den beiden Bruchflächen aufweisen. Dieser Zustand wird allgemein erst erreicht, nachdem bereits einige Fahrzeugachsen den Schienenbruch passiert haben, die Gefahr einer Entgleisung also bereits bestanden hat.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges und kostengünstiges Verfahren zur Erkennung von Schienenbrüchen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, die mit beliebigen Gleisfreimeldesystemen eingesetzt werden können.
Der verfahrensbezogene Aufgabenteil wird gemäß der Erfindung gelöst durch das in Patentanspruch 1 angegebene Verfahren.
Ein Schienenbruch in einer Fahrschiene eines Gleisabschnittes wird demnach erkannt, indem als durch die Fahrschiene verlaufender elektrischer Stromkreis der durch den Betriebsstromkreis für ein auf dem Gleisabschnitt betriebenes elektrisches Triebfahrzeug gebildet wird, und indem eine mit dem Betriebsstromkreis zusammenhängende elektrische Größe, die sich bei Vorliegen eines Schienenbruches messbar ändert, gemessen wird. Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise den im Fahrbetrieb eines Triebfahrzeugs ohnehin gebildeten Traktions- oder Betriebsstromkreis, der aus einem Unterwerk als Speisequelle, einer durch Oberleitungsfahrdraht oder Stromschiene gebildeten Fahrleitung als Hinleiter, dem Triebfahrzeug als Verbraucher und den Fahrschienen, Gleis- und Schienenverbindern, dem Erdreich sowie häufig einem Erdkabel – und gegebenenfalls gesonderten Leitern – als Rückleiter zur Speisequelle besteht. Die aus der elektrischen Messgröße des Betriebsstromkreises gewonnenen Messdaten haben mindestens die Qualität, die über die Vermessung von Gleisstromkreisen erreicht werden. Vor allem Schienendurchbrüche mit einem verbleibenden Kontakt zwischen den Bruchflächen könne früher erkannt werden, als dies bei Gleisstromkreisen der Fall ist. In jedem Fall ist das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von einem Gleisfreimeldesystem für den betreffenden Gleisabschnitt, da es insbesondere nicht auf einem Gleisstromkreis beruht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als elektrische Größe die an der Fahrschiene abfallende Spannung gemessen. Erfindungsgemäß wird der beim elektrischen Zugbetrieb stets vorhandenen Spannungsabfall an den Fahrschienen für die Schienenbrucherkennung ausgenutzt. Dieser wird durch den Rückstrom vom Triebfahrzeug zum Unterwerk verursacht und hängt unter anderem vom elektrischen Widerstand der Fahrschienen ab. Durch einen Schienenbruch wird der elektrische Widerstand der Fahrschiene und damit die abfallende Spannung messbar verändert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als elektrische Größe der durch die Fahrschiene fließende Rückstrom gemessen. Der beim Betrieb elektrischer Triebfahrzeuge stets vorhandene Rückstrom wird über Schienen- und Gleisverbinder möglichst gleichmäßig auf die vorhandenen Fahrschienen des Gleisabschnittes und eine eventuell vorhandene Rückleitung aufgeteilt. Bei einem Schienenbruch steht die betreffende Fahrschiene nicht mehr als Rückleiter zur Verfügung, die Ströme müssen sich über die nächstgelegenen Gleisverbinder auf die verbleibenden Fahrschienen verteilen. Diese Änderung ist ebenfalls durch geeignet positionierte Messwandler messbar.
Der vorrichtungsbezogene Aufgabenteil wird gemäß der Erfindung gelöst durch die in Patentanspruch 4 angegebene Vorrichtung. Die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Erkennung eines Schienenbruches weist mit dem Betriebsstromkreis gekoppelte Messwandler zur Erfassung von den Wert der elektrischen Größe repräsentierenden Messdaten, eine Zentrale zur Auswertung der Messdaten und ein System zur Übertragung der Messdaten von den Messwandlern zur Auswertungszentrale auf. Bei einem Bahnsystem mit bestehender Infrastruktur zur Datenerfassung und -übertragung, einem so genannten SCADA-System, reduziert sich der Aufwand für die Installation einer erfindungsgemäßen Erkennungsvorrichtung auf den Einbau von geeigneten Messwandlern und deren Anschluss an das Datenübertragungssystem sowie die Einrichtung einer Auswertungszentrale mit entsprechender Datenverarbeitungsmittels zur Auswertung der übertragenen Messdaten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19929570 A1 [0003]
DE 3738696 C2 [0005]

Claims

Verfahren zur Erkennung eines Schienenbruches in einer Fahrschiene eines Gleisabschnittes, wobei ein durch die Fahrschiene verlaufender elektrischer Stromkreis gebildet wird, und wobei eine mit dem Stromkreis zusammenhängende elektrische Größe, die sich bei Vorliegen eines Schienenbruches messbar ändert, gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Stromkreis durch den Betriebsstromkreis für ein auf dem Gleisabschnitt betriebenes elektrisches Triebfahrzeug gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als elektrische Größe die an der Fahrschiene abfallende Spannung gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als elektrische Größe der durch die Fahrschiene fließende Rückstrom gemessen wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend mit dem Betriebsstromkreis gekoppelte Messwandler zur Erfassung von den Wert der elektrischen Größe repräsentierenden Messdaten, eine Zentrale zur Auswertung der Messdaten und ein System zur Übertragung der Messdaten von den Messwandlern zur Auswertungszentrale.