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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit von Weichenheizungen eines Schienennetzes.
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Schienenfahrzeuge werden auf auch als Spur bezeichneten Gleisen bewegt, die zwei zueinander parallele stählerne Schienen umfassen. Die beiden Schienen weisen einen Abstand zueinander auf, der der Spurweite der verwendeten Schienenfahrzeuge entspricht. Zum Halten des Abstands sind die Schienen auf Schwellern aus Holz, Beton, Stahl oder dergleichen befestigt, die sich im Wesentlichen quer zur Ausbreitungsrichtung der Schienen erstrecken.
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Um einen Wechsel eines Schienenfahrzeugs von einer Spur auf eine andere Spur ohne Unterbrechung der Fahrzeugbewegung zu ermöglichen, sind Weichen vorgesehen. Dabei werden die beiden Schienen eines Gleises, im Weiteren als Backenschienen bezeichnet, auf zwei Gleise aufgespalten, indem der Abstand zwischen diesen erhöht wird. Zwischen den beiden Backenschienen wird eine V-förmig verlaufende Schiene, das sogenannte Herzstück, angeordnet, sobald der Abstand zwischen den Backenschienen dem doppelten der Spurweite entspricht. Jedes Freiende des Herzstücks bildet mit der jeweiligen Backenschiene ein eigenständiges Gleis.
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Bei aktiven Weichen sind im Bereich des Herzstücks zwei verschwenkbare Weichenzungen angeordnet. Je nach Einstellung der Weiche liegt eine davon innenseitig an der ihr zugeordneten Backenschiene an, wobei diese Weichenzunge im Wesentlichen im Abstand der Spurweite zu der gegenüberliegenden Backenschiene verläuft. Zu dieser Backenschiene ist die verbleibende Weichenzunge beabstandet. Um einen Spurwechsel zu ermöglichen, werden die beiden Weichenzungen verschwenkt, so dass die jeweils eine der Weichenzungen an der zugeordneten Backenschiene anliegt und die andere Weichenzungen zu den Backenschienen beabstandet ist.
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Bei niedrigen Temperaturen besteht die Möglichkeit, dass die Weichenzungen an den jeweiligen Backenschienen festfrieren. Das wird bei vorhandener Feuchtigkeit begünstigt. Herkömmlicherweise werden Weichen bei einer derartigen Witterung deshalb mittels Heizelementen beheizt. Die Heizelemente sind entweder als elektrische Temperaturwiderstände oder als mit Gas betriebene Brennvorrichtungen o. ä. ausgestaltet. Zur Funktionsüberprüfung der Heizelemente wird der durch diese fließende Strom bzw. der Gasdurchfluss gemessen. Dabei kann nicht erkannt werden, ob sich beispielsweise das Heizelement von der Weiche gelöst hat, und folglich die Weiche nicht betriebsbereit ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit von einer Heizung einer Weiche eines Schienennetzes anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders geeignete Überwachungseinrichtung hierfür anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird hinsichtlich des Verfahrens die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Überwachungseinrichtung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Das Verfahren dient der Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Heizung einer Weiche eines Schienennetzes, mittels derer die Weiche beheizt wird. Unter Weiche wird hierbei insbesondere eine Gleiskonstruktion verstanden, die Schienenfahrzeugen den Übergang von einem Gleis auf ein anderes Gleis ohne Fahrtunterbrechung erlaubt. Die Gleise, auch als Spur bezeichnet, weisen dabei zwei mittels Schwellern gehaltene Schienen auf, die außer im Bereich der Weiche im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die Gleise und Weichen werden zusammenfassend als Schienennetz bezeichnet.
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Die Weiche selbst weist zwei Backenschienen und vorzugsweise zwei dazwischen verschwenkbar angeordnete Weichenzungen auf, die im Bereich eines Herzstücks der Weiche angebunden sind. Zur Verhinderung eines Festfrierens der Weichenzunge oder der Weichenzungen weist die Weichenheizung vorzugsweise ein Heizelement auf, das im Bereich der Anlagefläche der Weichenzunge an der Backenschiene angeordnet ist. Insbesondere umfasst die Weichenheizung zwei Heizelemente, von denen jeweils eines außenseitig an der Backenschiene im Bereich der Anlagefläche an der Backenschiene angebunden ist. Außenseitig bezeichnet hierbei die der Anlagefläche gegenüberliegende Seite der Backenschiene. Alternativ oder in Kombination hierzu ist ein Heizelement der Weichenheizung im Bereich des Herzstücks angeordnet.
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Das Verfahren sieht vor, dass in einem Schritt die Position der Weiche ermittelt wird und in einem weiteren Schritt die von der Weiche emittierte Wärmestrahlung erfasst wird, wobei die beiden Schritte entweder nacheinander oder gleichzeitig ausgeführt werden. Insbesondere erfolgt die Erfassung der Wärmestrahlung berührungslos. Hiermit kann die Temperatur der Weiche im Bereich der Anlagestelle und in weiteren Bereichen der Weiche ermittelt werden. Mittels des Temperaturwerts kann auf die Funktionsfähigkeit der Weichenheizung und damit auf eine eventuell vorliegende Vereisung der Weiche geschlossen werden.
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Dabei ist es nicht nötig, auf eventuell vorliegende Hilfsgrößen, wie beispielsweise den zum Betrieb der Weichenheizung nötigen Strom, zurückzugreifen, mittels derer eine etwaig fehlerbelastete Temperatur der Weiche errechnet wird. Folglich ist eine Diagnosequalität der Funktionsüberprüfung erhöht, zumal es ermöglicht ist, lediglich die Temperatur in einem zu überprüfenden Bereich zu messen, vorzugsweise im Bereich der Anlagestelle der Weichenzunge an der Backenschiene.
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Geeigneterweise wird das Ergebnis der Funktionsprüfung an eine Wartungsleitstelle übermittelt, die z.B. Teil einer Streckenzentrale ist. Das Ergebnis oder der Wert der Funktionsüberprüfung ist dabei entweder der Wert der gemessenen Wärmestrahlung und/oder ein hieraus abgeleiteter Wert. Dieser ist beispielsweise binär und gibt insbesondere an, ob die Weichentemperatur oberhalb eines bestimmten, einen sicheren Betrieb der Weiche zulassenden Temperaturwertes liegt. Aufgrund der Übermittlung des Wertes an die Leitstelle, die insbesondere unverzüglich erfolgt, können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um erneut die Betriebssicherheit der Weiche herzustellen, falls die Heizleistung der Weichenheizung zu gering ist.
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Insbesondere erfolgt die Übermittlung per Funk. Aufgrund der Funkübertragung ist eine Verkabelung der Weiche mit der Zentral- bzw. der Leitstelle nicht erforderlich, was einen Material- und Kostenaufwand reduziert.
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Besonders bevorzugt wird die Position der Weiche mittels eines Streckenatlasses ermittelt. Unter Streckenatlas wird ein Plan verstanden, der insbesondere elektronisch vorliegt, und der die Position einzelner Bestandteile des Schienennetzes enthält. Beispielsweise sind die Koordinaten der Weichen in dem Streckenatlas verzeichnet und werden mit den Koordinaten verglichen, an denen die Messung der Wärmestrahlung erfolgt. Diese Koordinaten werden beispielsweise mittels eines GPS-Geräts oder anderer Systeme zur Ortsbestimmung ermittelt.
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Beispielsweise wird ein aus der emittierten Wärmestrahlung ermittelter Temperaturwert der Weiche mit einer Umgebungstemperatur der Weiche verglichen. Insbesondere wird als abgeleiteter Wert, der an die Wartungsleitstelle übermittelt wird, die Differenz zwischen den beiden herangezogen, oder ob die Differenz einen bestimmten vorgegebenen Wert überschreitet. Mittels des Vergleich der gemessenen Wärmestrahlung am Ort der Weiche mit der Umgebungstemperatur ist es möglich, die Funktionsfähigkeit der Weichenheizung zu ermitteln, also ob die Weichenheizung die Weiche erwärmt.
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Zweckmäßigerweise wird ein Sollwert bestimmt, in Abhängigkeit dessen die Erfassung der Wärmestrahlung erfolgt. Der Sollwert ist beispielsweise ein binärer Wert, in Abhängigkeit dessen die Weichenheizung mit Energie versorgt wird. Der Sollwert gibt also an, ob die Heizung aktiviert ist, oder nicht. Mit anderen Worten wird die Wärmestrahlung der Weiche lediglich dann ermittelt, wenn die Weichenheizung betrieben wird. Dies ist beispielsweise stets dann der Fall, wenn die Umgebungstemperatur einen vordefinierten Schwellwert unterschreitet. Folglich wird der binäre Sollwert auf einen ersten Wert gesetzt, wenn die Umgebungstemperatur oberhalb des Schwellwerts liegt und sonst auf einen zweiten Wert. Es wird also insbesondere ein Betrieb der Weichenheizung bei einer Umgebungstemperatur unterhalb des vordefinierten Schwellwerts vorausgesetzt. Alternativ wird der Sollwert zweckmäßigerweise bei der Wartungsleitstelle abgefragt.
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Besonders bevorzugt wird der Wert der gemessenen Wärmestrahlung bzw. der hieraus abgeleitete Wert in Abhängigkeit des Sollwerts an die Wartungsleitstelle übermittelt. In diesem Fall wird also zunächst die Wärmestrahlung der Weiche erfasst, und in einem weiteren Schritt wird dieser Wert mit dem Sollwert verglichen. Beispielsweise ist der Sollwert ein konkreter Temperaturwert oder ein bestimmter Temperaturabschnitt. Dieser gibt zweckmäßigerweise einen Erwartungswert für die Weichentemperatur an. Lediglich, wenn der aus dem Wert der gemessenen Wärmestrahlung abgeleitete Temperaturwert nicht innerhalb des Temperaturabschnitts liegt, also die Wärmeleistung der Weichenheizung ungenügend ist, erfolgt eine Übermittlung an die Wartungsleitstelle.
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Alternativ hierzu ist der Sollwert ebenfalls binär und gibt an, ob die Weichenheizung aktiviert ist. Folglich erfolgt eine Übermittlung des gemessenen Wertes insbesondere dann, wenn die Weichenheizung aktiviert ist. Geeigneterweise wird in diesem Fall der abgeleitete Wert übermittelt, der zweckmäßigerweise angibt, ob die Weichenheizung defekt ist, also der gemessene Wert der Wärmestrahlung zu gering ist. Prinzipiell ist ein Vergleich mit dem Sollwert in der Wartungsleitstelle ebenfalls möglich.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Überwachungseinrichtung herangezogen, die einen wärmeempfindlichen Sensor und eine mit diesem signaltechnisch gekoppelte Auswerteelektronik aufweist. Der wärmeempfindliche Sensor ist beispielsweise ein pyroelektrischer Sensor oder besonders bevorzugt eine Wärmebildkamera. Beispielsweise umfasst die Überwachungseinrichtung einen weiteren Sensor oder ein Thermometer, mittels dessen die Umgebungstemperatur der Überwachungseinrichtung ermittelt wird, deren Wert mit dem vom wärmempfindlichen Sensor gemessenen Wert verglichen wird. Insbesondere umfasst die Überwachungseinrichtung eine Sendeeinheit, mittels derer der gemessener Wert für die Weichentemperatur übertragen werden kann.
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Geeigneterweise ist die Überwachungseinrichtung an einem Schienenfahrzeug angebracht. Hierdurch kann bei einer Fahrt des Schienenfahrzeugs entlang der Gleise des Schienennetzes die Funktionsfähigkeit sämtlicher Weichenheizungen auf dem Weg überprüft werden. Es ist somit zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit der Weichenheizungen des Schienennetzes lediglich eine vergleichsweise geringe Anzahl von Überwachungseinrichtungen erforderlich.
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Beispielsweise wird vor Inbetriebnahme der Strecke ein Wartungszug mit einer derartigen Überwachungseinrichtung entlang der Gleise bewegt und die Funktionsfähigkeit sämtlicher Weichenheizungen überprüft. Ebenso denkbar ist es jedoch auch, dass während des Betriebs des Schienennetzes ein bestimmter Zug, beispielsweise jeder zehnte das Schienennetz befahrender Zug, mit einer derartigen Überwachungseinrichtung ausgerüstet ist, und somit die Funktionsfähigkeit der Weichenheizungen im Wesentlichen kontinuierlich überprüft wird. Auf diese Weise ist einerseits eine effiziente Überwachung der Weichenheizungen ermöglicht und andererseits sind Kosten eingespart. Ferner ist es möglich, dass die mittels der Überwachungseinrichtung ermittelten Werte der Weichentemperatur über etwaig in dem Schienenfahrzeug vorhandene Kommunikationseinrichtungen an die Wartungsstelle übermittelt werden, was zu einer Kostenersparnis führt.
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Geeigneterweise ist die Überwachungseinrichtung im Wesentlichen kontinuierlich aktiviert, wenn diese entlang des Schienennetzes bewegt wird. Die Wärmestrahlung des Schienennetzes wird somit im Wesentlichen kontinuierlich erfasst. Eine Übermittlung des Werts der gemessenen Wärmestrahlung bzw. des hieraus abgeleiteten Werts an die Wartungsleitstelle erfolgt zweckmäßigerweise dann, wenn mindestens zwei Bedingungen erfüllt sind: Die Position der Überwachungseinrichtung entspricht im Wesentlichen der der Weiche, und die Weichenheizung ist aktiviert, was insbesondere anhand des Sollwerts ermittelt wird. Alternativ hierzu findet der Vergleich mit dem Sollwert in der Wartungsleitstelle nach erfolgter Übermittlung statt. Falls anhand des Sollwerts eine aktivierte Weichenheizung vorliegen sollte, jedoch die Wärmestrahlung im Wesentlichen der Umgebungstemperatur der Weiche entspricht, ist eine defekte Weichenheizung identifiziert.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur schematisch ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Heizung einer Weiche eines Schienennetzes.
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Entlang des Schienennetzes 2 wird ein Schienenfahrzeug 4 bewegt, an dem eine Überwachungseinrichtung 6 angebunden ist. Die Überwachungseinrichtung 6 weist eine IR-Kamera 8, auch als Wärmebildkamera bezeichnet, und eine Auswerteelektronik 10 auf. Mittels der Überwachungseinrichtung 6 wird eine Wärmestrahlung 12 gemessen, die von einer Weiche 14 im Bereich eines Heizelements einer aktivierten, also bestromten, Weichenheizung 16 emittiert wird. Hierfür wird während der Bewegung des Schienenfahrzeugs 4 dessen Position kontinuierlich ermittelt und mit einem Streckenatlas 18 verglichen. Der Streckenatlas 18 enthält die Koordinaten der Weiche 14 in elektronischer Form und die Position des Schienenfahrzeugs 4 wird entweder mittels eines GPS-Empfängers oder eines anderen Systems zur Ortsbestimmung ermittelt.
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Mittels der IR-Kamera 8 wird die Wärmestrahlung 12 der Weiche 14 registriert und durch die Auswerteelektronik 10 ein Temperaturwert errechnet. Somit wird die Temperatur der Weiche 14 berührungslos gemessen. Zusätzlich wird mittels der Überwachungseinrichtung 6 eine Umgebungstemperatur der Weiche 14 erfasst. Beispielsweise erfolgt dies, wenn das Schienenfahrzeug 4 sich vergleichsweise weit von der Weiche 14 entfernt befindet oder die Wärmebildkamera 8 wird mittels eines Schwenkmechanismus von einer auf die Weiche 14 gerichteten Messrichtung weg verkippt. Von dem Temperaturwert der Weiche 14 wird die Umgebungstemperatur abgezogen und dieses Ergebnis mit einem binären Sollwert verglichen, der angibt, ob eine aktivierte Weichenheizung 16 vorliegt. Der Sollwert ist in einem Speicher der Auswerteelektronik 10 hinterlegt und wird vor Fahrtbeginn des Schienenfahrzeugs 4 dort gespeichert. Alternativ hierzu wird der Sollwert während der Fahrt des Schienenfahrzeugs 4 übertragen, insbesondere kontinuierlich oder eventgesteuert, bei einer Überfahrt der Weiche 14 durch das Schienenfahrzeug 4.
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Wenn die von der Weiche 14 emittierte Wärmestrahlung 12 einen bestimmten Grenzwert oder die Differenz zwischen dieser und der Umgebungstemperatur einen anderen, bestimmten Grenzwert unterschreitet, und der Sollwert eine aktivierte Weichenheizung 16 vorgibt, wird auf eine Funktionsstörung der Weichenheizung 16 geschlossen. Es wird folglich ein abgeleiteter Wert erstellt, der die Funktionsfähigkeit der Weichenheizung 16 angibt. Dieser Wert wird mittels einer Sendeanlage 20 an eine Wartungsleitstelle 22 des Schienennetzes 2 per Funk übermittelt, von der geeignete Gegenmaßnahmen getroffen werden. Der Vergleich zwischen der Umgebungstemperatur, den Grenzwerten, dem Sollwert und der mittels der emittierte Wärmestrahlung 12 ermittelten Temperatur der Weiche 14 erfolgt dabei entweder in der Auswerteelektronik 10 des Schienenfahrzeugs 4 oder einer Elektronik der Wartungsleitstelle 22.
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Wenn sich ferner die Umgebungstemperatur nicht von der mittels der emittierten Wärmestrahlung 12 ermittelten Temperatur der Weiche 12 unterscheidet, deren Position aufgrund des Streckenatlasses 18 bekannt ist, ist eine ausgefallene Weichenheizungen 16 identifiziert.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Schienennetz
- 4
- Schienenfahrzeug
- 6
- Überwachungseinrichtung
- 8
- IR-Kamera
- 10
- Auswerteelektronik
- 12
- Wärmestrahlung
- 14
- Weiche
- 16
- Weichenheizung
- 18
- Streckenatlas
- 20
- Sendeanlage
- 22
- Wartungsleitstelle
