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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zum Überwachen von Signalkabeln schienengebundener Verkehrsmittel, insbesondere von Signalkabeln der Eisenbahn.
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Die bestehende Signalkabelinfrastruktur ist dabei üblicherweise so beschaffen, dass von einem Stellwerk ausgehend ein Signalkabel wenigstens teilweise entlang einer Bahnstrecke verläuft. Das Signalkabel endet in aller Regel bei einer Schlusseinheit, welche beispielsweise ein Signalschirm oder eine Weiche ist. Entlang der Bahnstrecke ist eine Mehrzahl an Knotenpunkten, insbesondere Kabelverteiler und Kabelschränke, zur Verteilung von Signalkabeln angeordnet. An den Knotenpunkten verzweigt sich das Signalkabel, wobei die unterschiedlichen, abzweigenden Abschnitte zu unterschiedlichen Schlusseinheiten laufen. Die vielen abzweigenden Abschnitte bilden zusammen einen Kabelbaum, dessen Wurzel sich beim Stellwerk befindet. Typischerweise wird das Gebiet außerhalb des Stellwerkes als „Feld“ bezeichnet.
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Die Knotenpunkte definieren zwischen sich Abschnitte des Signalkabels, wobei der erste Abschnitt des Signalkabels - gewissermaßen der Stamm des Kabelbaums - sich zwischen dem Stellwerk und dem nächstliegenden Knotenpunkt befindet. Die Abschnitte des Signalkabels sind je Abschnittsende jeweils mit einem der Knotenpunkte bzw. mit dem Stellwerk verbunden. Innerhalb des Signalkabels erstreckt sich eine Vielzahl an Adern, wobei die Vielzahl an Adern eine erste Ader und eine zweite Ader umfasst, so dass sich die erste und die zweite Ader entlang der Abschnitte und über einzelne Abschnitte des Signalkabels hinweg erstrecken.
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Aus der Praxis ist es nun bekannt, dass die Signalkabel manuell alle 36 Monate hinsichtlich ordnungsgemäßer Verlegung überprüft werden. Hierzu werden zu den Signalkabeln zugehörige Kabeltrassen durch eine entsprechende Fachkraft abgeschritten, auf Sicht überprüft und protokolliert. Ferner ist aufgrund dieses Aufwandes der Zeitraum von 36 Monaten recht groß gewählt, so dass es immer wieder passiert, dass einzelne Signalkabel innerhalb dieses Zeitraums von Feuchtigkeitseintritt betroffen sind. Hierbei haben sich als Schwachstelle Kabelmuffen herausgestellt, welche zwei Teilabschnitte eines Abschnittes des Signalkabels miteinander verbinden und sich ebenfalls in den Kabeltrassen befinden. Die Kabelmuffen werden manuell erstellt, indem zwei zu verbindende Teilabschnitte an ihren Enden entmantelt, elektrisch miteinander verbunden und an der Verbindungsstelle mit einem Schutzmantel versehen werden.
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Die Kabeltrassen sind oft in der Erde eingelassen und damit auch von Sickerwasser umgeben, so dass die Kabelmuffen oft einer beständigen Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Ähnliches gilt beispielsweise für Risse in den Signalkabeln, welche durch eine unsachgemäße Verlegung entstanden sind. Über die Jahre kann es einigen Fällen passieren, dass Feuchtigkeit über die Kabelmuffen oder die unsachgemäß verlegten Stellen des Signalkabels in die Signalkabel eintritt. In einigen Fällen ist der Feuchtigkeitseintritt so gravierend, dass die sicherheitsrelevanten Signalanlagen beeinträchtigt werden. Eine solche Beeinträchtigung wird zwar durch die Signalanlagen im Selbsttest bemerkt, allerdings erfordert dies eine kostenintensive, da umgehend durchzuführende Fehlersuche und Fehlerbehebung.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Fehleranfälligkeit von Signalanlagen zu verringern. Vorzugsweise liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, den Wartungs- bzw. Instandsetzungsaufwand, vor allem im Falle der Signalkabel, deutlich zu verringern. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Zahl der umgehend durchzuführenden Fehlersuchen und Fehlerbehebungen zu verringern.
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Diese Aufgabe bzw. Aufgaben wird bzw. werden gelöst durch ein Verfahren zum Überwachen von Signalkabeln schienengebundener Verkehrsmittel, insbesondere von Signalkabeln der Eisenbahn, wobei eine Haupteinheit bereitgestellt wird, wobei die Haupteinheit mit einer ersten Ader eines Signalkabels verbunden wird, wobei die erste Ader ein haupteinheitseitiges Ende sowie ein feldseitiges Ende aufweist, wobei das Signalkabel für eine Anordnung neben einer Bahnstrecke ausgebildet ist,
wobei die Haupteinheit ein Isolationsmessgerät zur Messung von Isolationswiderständen umfasst, wobei das Isolationsmessgerät einen Isolationswiderstandswert der ersten Ader ermittelt, wobei die Haupteinheit ein Warnsignal ausgibt, wenn der ermittelte Isolationswiderstandswert der ersten Ader unterhalb einer ersten vorgegebenen Schwelle liegt.
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Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass Signalkabel häufig freie Adern aufweisen, welche nicht mit einer Schlusseinheit verbunden sind. Häufig enden die freien Adern in einem Knotenpunkt und sind dort nicht elektrisch miteinander verbunden. Ferner wurde gefunden, dass die Isolationswiderstände im Falle eines innen trockenen Signalkabels und damit im Regelfall nur sehr unsicher oder gar nicht bestimmt werden können. Da die Isolationswiderstände im trockenen Regelfall aufgrund der Aderisolierungen sehr groß sind, sind die Messströme entsprechend klein, wodurch die Messung ungenau wird. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass im Falle eines innen feuchten Signalkabels Wasser beispielsweise über eine Kabelmuffe eingedrungen ist und innerhalb des Signalkabels aufgrund der Kapillarkräfte über lange Strecken hinweg kriecht. Dadurch werden die Isolationswiderstände zwischen den Adern kleiner, so dass diese zunehmend sicherer erfasst werden können. Insbesondere liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass ein niedriger bzw. ein abgesunkener Isolationswiderstand ein starkes Indiz für ein von Feuchtigkeit betroffenes Signalkabel ist. Ferner wurde gefunden, dass das Absinken des Isolationswiderstandswertes im Fall eines Feuchtigkeitseintrittes ein verhältnismäßig langsamer Prozess ist, so dass die Detektion eines absinkenden Widerstandswertes noch relativ viel Zeit für Fehlersuche und Fehlerbehebungen lässt. Somit kann ein Warnsignal sehr frühzeitig ausgegeben werden, so dass die Fehlersuche und Fehlerbehebung lange im Voraus geplant und damit recht effektiv durchgeführt werden können. Im Ergebnis wird bzw. werden über den erfindungsgemäßen Gegenstand die Aufgabe bzw. Aufgaben zuverlässig gelöst.
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Der Begriff „Isolationsmessgerät“ meint insbesondere sowohl ein in einem Gehäuse integriertes Messgerät als auch zwei oder mehr separate Messgeräteeinheiten mit jeweils einem eigenen Gehäuse. Der Begriff „Isolationsmessgerät“ kann beispielsweise eine separate Spannungsquelle und ein separates Amperemeter umfassen. Es ist im Falle des Isolationsmessgerätes bevorzugt jedwede Messanordnung gemeint, welche einen Isolationswiderstandswert direkt ausgibt oder Messwerte zur Verfügung stellt, durch welche ein Isolationswiderstandswert berechnet werden kann.
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Vorzugsweise umfasst die Haupteinheit ersten Eingangskontakt und bevorzugt einen zweiten Eingangskontakt. Vorteilhafterweise bilden der erste Eingangskontakt und der zweite Eingangskontakt einen Spannungsabgriff. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der erste Eingangskontakt mit der ersten Ader des Signalkabels verbunden wird. Es ist möglich, dass die Haupteinheit mit einer zweiten Ader verbunden wird. Zweckmäßigerweise umfasst die zweite Ader ein haupteinheitseitiges Ende sowie ein feldseitiges Ende. Es ist bevorzugt, dass der zweite Eingangskontakt mit der zweiten Ader bzw. mit dem haupteinheitseitigen Ende der zweiten Ader verbunden wird. Zweckmäßigerweise bilden die erste und die zweite Ader ein Aderpaar. Es ist möglich, dass die Haupteinheit bzw. der Spannungsabgriff bzw. das Isolationsmessgerät mit einer Vielzahl an weiteren Aderpaaren verbindbar ist bzw. verbunden ist bzw. aufschaltbar verbunden ist. Auf diese Weise können große Teile eines zu einem Stellwerk gehörigen Kabelbaums überwacht werden.
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Die erste vorgegebene Schwelle beträgt vorzugsweise wenigstens 20kΩ/50kΩ/100kΩ. Die erste vorgegebene Schwelle beträgt vorzugsweise höchstens 10MΩ/5MΩ/2MΩ. Es ist bevorzugt, dass die erste vorgegebene Schwelle individuell je Aderpaar eingestellt wird.
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Der Begriff „Ausbildung des Signalkabels für eine Anordnung neben einer Bahnstrecke“ meint insbesondere Wetterfestigkeit und/oder Schutz vor Induktion durch Oberleitungen und/oder Schutz vor Tierbissen und/oder Längswasserfestigkeit und/oder Querwasserfestigkeit. Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Signalkabel gemäß Lastenheft 416.0113 bzw. 416.0114 bzw. 416.0116 der Deutsche Bahn AG ausgebildet. Vorzugsweise ist das Signalkabel von der Deutsche Bahn AG bzw. von einem Rechtsvorgänger freigegeben worden. Vorteilhafterweise ist das Signalkabel gemäß Herstellerangaben für Signalkabeln der Eisenbahn geeignet.
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Es ist sehr vorteilhaft, wenn das Signalkabel einen Außenmantel aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyethylen, umfasst. Es ist sehr bevorzugt, dass das Signalkabel eine Bewehrungsschicht umfasst, wobei die Bewehrungsschicht vorteilhafterweise ein Metall aufweist. Im Falle des Metalles handelt es sich ganz besonders vorzugsweise um einen Stahl bzw. um ein Stahlband. Die Bewehrungsschicht ist vorzugsweise dazu ausgebildet, Tierbisse aufzufangen.
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Zweckmäßigerweise schirmt die Bewehrungsschicht ein Innenleben des Signalkabels vor elektrischen Einflüssen und insbesondere vor Einflüssen der Oberleitungen ab. Es ist bevorzugt, dass das Signalkabel zur Verbesserung der Querwasserfestigkeit einen Zwischenmantel aufweist, wobei der Zwischenmantel vorzugsweise eine äußere Kunststoffschicht sowie eine innere Metallschicht, insbesondere umfassend Aluminium, aufweist. Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Signalkabel mit einer Füllung zur Erhöhung der Längswasserfestigkeit versehen ist. Die Füllung mag beispielsweise eine kapazitätsarme Füllmasse, z. B. Füllnidz, ein Quellmaterial oder Petrolat aufweisen. Vorteilhafterweise umschließt der Zwischenmantel Adern des Signalkabels sowie vorteilhafterweise auch die Füllung zur Erhöhung der Längswasserfestigkeit. Es ist bevorzugt, dass die Bewehrungsschicht zwischen dem Außenmantel und dem Zwischenmantel angeordnet ist.
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Der Begriff „Knotenpunkt“ meint insbesondere eine Abzweigung, beispielsweise einen Kabelverteiler oder einen Kabelschrank, aber auch einen Knotenpunkt ohne Abzweigung wie beispielsweise eine Kabelmuffe. Vorzugsweise ist mit dem Ausdruck „Knotenpunkt“ jedes Gehäuse gemeint, in welches wenigstens ein Signalkabel hineinläuft und in welchem Adern von dem Kabelmantel zu befreien sind, wie dies beispielsweise im Falle von Aderklemmen der Fall ist. Der Ausdruck „Mehrzahl an Knotenpunkten“ meint wenigstens zwei Knotenpunkte. Vorzugsweise ist der Knotenpunkt für eine Anordnung neben einer Bahnstrecke ausgebildet, was bevorzugt bedeutet, dass der Knotenpunkt - insbesondere gemäß Herstellerangaben - für eine Anordnung im Freien bzw. neben einer Bahnstrecke ausgebildet ist.
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Zweckmäßigerweise verläuft das Signalkabel von einem Stellwerk ausgehend und vorzugsweise wenigstens teilweise entlang einer Bahnstrecke. Vorzugsweise ist entlang der Bahnstrecke des Signalkabels eine Mehrzahl an Knotenpunkten zur Verteilung bzw. Abzweigung von Signalkabeln angeordnet. Es ist zweckmäßig, dass Abschnitte des Signalkabels zwischen den Knotenpunkten bzw. zwischen einem ersten Knotenpunkt und dem Stellwerk angeordnet sind. Bevorzugt sind die Abschnitte des wenigstens einen Signalkabels je Abschnittsende jeweils mit einem der Knotenpunkte bzw. mit dem Stellwerk verbunden. Vorteilhafterweise erstreckt sich innerhalb des Signalkabels bzw. innerhalb der Abschnitte des Signalkabels eine Vielzahl an Adern, wobei bevorzugt die Vielzahl an Adern die erste Ader und die zweite Ader umfasst, so dass sich zweckmäßigerweise die erste Ader und die zweite Ader entlang der Abschnitte des Signalkabels erstrecken und vorzugsweise über die Abschnitte des Signalkabels hinweg erstrecken.
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Der Begriff „erste Ader“ bzw. „zweite Ader“ bezieht sich vorzugsweise nicht auf die übliche Adernummerierung innerhalb eines Signalkabels. Es ist bevorzugt, dass der Begriff „erste Ader“ insbesondere jede beliebige Ader des Signalkabels meint, wohingegen der Begriff „zweite Ader“ insbesondere jede andere, beliebige Ader des Signalkabels bedeutet. Es ist bevorzugt, dass die erste bzw. zweite Ader freie, nicht verwendete Adern sind, womit vorzugsweise gemeint ist, dass die erste und die zweite Ader nicht mit einer Schlusseinheit verbunden sind und weiter vorzugsweise zum Ausdruck gebracht werden soll, dass diese beiden Adern in einem der Knotenpunkte enden. Die erste und zweite Ader haben vorzugsweise gemein, dass beide vom Stellwerk in wenigstens einen gemeinsamen Knotenpunkt und vorzugsweise in mehrere gemeinsame Knotenpunkte hineinlaufen. Bevorzugt verlaufen die erste und die zweite Ader in gemeinsamen Abschnitten des Signalkabels. Zweckmäßigerweise umfassen die erste und zweite Ader jeweils wenigstens eine Litze und vorzugsweise mehrere nacheinander geschaltete Litzen. Es ist möglich, dass die Anzahl der Litzen der ersten bzw. der zweiten Ader der Anzahl der gemeinsamen Abschnitte bzw. Teilabschnitte des Signalkabels entspricht.
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Es ist besonders bevorzugt, dass das Isolationsmessgerät in zeitlichen Abständen Isolationswiderstandswerte der ersten Ader erfasst, wobei die Isolationswiderstandswerte gespeichert werden, wobei vorzugsweise eine Interpolation der Entwicklung der Isolationswiderstandswerte vorgenommen wird, wobei besonders bevorzugt ein Warnsignal ausgegeben wird, wenn die Interpolation innerhalb eines vorgegebenen, zukünftigen Zeitraums unterhalb eines zweiten, vorgegebenen Schwellwertes liegt. Hierdurch wird der Zeitraum bis zur unmittelbar erforderlichen Reaktion zwecks Fehlersuche und Fehlerbehebung ausgedehnt, so dass insbesondere aufgrund besserer Planbarkeit der entsprechende Aufwand weiter reduziert wird. Es ist bevorzugt, dass der zweite, vorgegebene Schwellwert kleiner ist als der erste vorgegebene Schwellwert. Der zweite, vorgegebene Schwellwert kann dann aber auch dem ersten, vorgegebenen Schwellwert entsprechen oder größer sein. Die zeitlichen Abstände dauern bevorzugt gleich lange an, so dass ein zeitlicher Abstand einem Zyklus entspricht. Es ist zweckmäßig, dass der Zyklus weniger als einen Monat bzw. eine Woche beträgt. Vorzugsweise beträgt der Zyklus mehr als eine Minute bzw. eine Stunde. Der vorgegebene, zukünftige Zeitraum mag beispielsweise höchstens zehn Jahre und vorzugsweise höchstens ein Jahr betragen. Der vorgegebene, zukünftige Zeitraum kann sich auf mehr als einen Tag oder eine Woche belaufen.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein Feuchtigkeitssensor in einem Knotenpunkt untergebracht wird und über zwei weitere Adern eines Signalkabels mit der Haupteinheit verbunden wird. Zweckmäßigerweise bilden die zwei weiteren Adern ein weiteres Aderpaar. Vorzugsweise ist das weitere Aderpaar über eine Aderpaarweiche auf das Isolationsmessgerät aufschaltbar. Vorzugsweise umfasst der Feuchtigkeitssensor ein feuchtigkeitsabhängiges elektrisches Bauelement mit einer ersten Potentialseite und einer zweiten Potentialseite. Es ist zweckmäßig, dass das feuchtigkeitsabhängige elektrische Bauelement je Potentialseite mit einer der beiden weiteren Adern eines zur Haupteinheit führenden Abschnitts des Signalkabels verbunden wird. Vorzugsweise umfasst das feuchtigkeitsabhängige elektrische Bauelement ein feuchtigkeitsaufnehmendes Element, wobei das feuchtigkeitsaufnehmende Element bevorzugt eine feuchtigkeitsaufnehmende Schicht ist. Das feuchtigkeitsaufnehmende Element ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass eine elektrische Eigenschaft des feuchtigkeitsaufnehmenden Elementes von der Höhe einer Feuchtigkeitsaufnahme abhängig ist. Die elektrische Eigenschaft ist beispielsweise eine Kapazität oder in Wirkwiderstand. Zweckmäßigerweise ist das feuchtigkeitsabhängige elektrische Bauelement ein Kondensator oder ein ohmscher Widerstand. Es ist vorteilhaft, dass eine Feuchtigkeitsaufnahme des feuchtigkeitsaufnehmenden Elementes bzw. des feuchtigkeitsabhängigen elektrischen Bauelementes abhängig ist von einer Luftfeuchtigkeit. Es liegt besonders im Rahmen der Erfindung, wenn das feuchtigkeitsabhängige elektrische Bauelement vier Anschlusskontakte umfasst. Dies erlaubt vorzugsweise die Zwischenschaltung des feuchtigkeitsabhängigen elektrischen Bauelementes zwischen die zwei weiteren Adern des zur Haupteinheit führenden Abschnittes des Signalkabels und die zwei weiteren Adern eines von der Haupteinheit fortführenden Abschnittes des Signalkabels. Das feuchtigkeitsabhängige elektrische Bauelement weist bevorzugt je zwei Anschlusskontakte je Potentialseite auf. Zweckmäßigerweise sind je zwei Anschlusskontakte des feuchtigkeitsabhängigen elektrischen Bauelementes einem/dem zu der Haupteinheit führenden Abschnitt des Signalkabels zugeordnet. Zweckmäßigerweise sind zwei Anschlusskontakte des feuchtigkeitsabhängigen elektrischen Bauelementes einem von der Haupteinheit fortführenden Abschnitt des Signalkabels zugeordnet. Vorteilhafterweise sind die zwei weiteren Adern bezüglich der Haupteinheit bzw. des Isolationsmessgerätes in Reihe zueinander geschaltet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass in mehreren Knotenpunkten jeweils wenigstens ein Feuchtigkeitssensor untergebracht wird. Zweckmäßigerweise sind die Feuchtigkeitssensoren mit der Haupteinheit elektrisch verbunden. Es ist sehr bevorzugt, dass die Feuchtigkeitssensoren bzw. die feuchtigkeitsabhängigen elektrischen Bauelemente parallel zu dem Spannungsabgriff und vorzugsweise parallel zueinander geschaltet sind. Vorteilhafterweise ist das einzige bzw. das über die zwei weiteren Adern elektrisch am weitesten von der Haupteinheit entfernte elektrische Bauelement an seinen beiden Potentialseiten mit einem Abschlusswiderstand verbunden, so dass der Abschlusswiderstand parallel zu dem feuchtigkeitsabhängigen elektrischen Bauelement bzw. zu den feuchtigkeitsabhängigen elektrischen Bauelementen bzw. zu dem Isolationsmessgerät geschaltet ist.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Haupteinheit mit einem ersten Erdpotential verbunden ist, wobei das Isolationsmessgerät bevorzugt einen Isolationswiderstandswert zwischen der ersten Ader und/oder einer zweiten bzw. der zweiten Ader zum ersten Erdpotential misst. Das erste Erdpotential entspricht bevorzugt der Bahnerde. Es ist vorteilhaft, wenn die Haupteinheit eine Erdweiche aufweist. Die Erdweiche ist zweckmäßigerweise so verschaltet, dass das erste Erdpotential so zu der ersten und/oder der zweiten Ader geschaltet werden kann, dass Isolationswiderstandswerte zwischen der ersten Ader und dem ersten Erdpotential und/oder zwischen der zweiten Ader und dem ersten Erdpotential gemessen werden können. Die Erdweiche ist vorzugsweise zwischen der ersten Ader und dem Isolationsmessgerät angeordnet. Die Erdweiche ist bevorzugt zwischen einer bzw. der Aderpaarweiche und einer bzw. der Messgeräteweiche angeordnet. Die Aderpaarweiche ist bevorzugt zwischen der ersten Ader und der Erdweiche geschaltet. Eine bzw. die Messgeräteweiche ist vorzugsweise zwischen einer/der Erdweiche/Aderpaarweiche und dem Isolationsmessgerät befindlich.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Haupteinheit mit einer zweiten Ader verbunden wird, wobei vorzugsweise das Isolationsmessgerät einen Isolationswiderstandswert zwischen der ersten Ader und der zweiten Ader ermittelt. Vorzugsweise werden die erste Ader und/oder die zweite Ader so ausgewählt, dass die erste Ader und/oder die zweite Ader zu äußersten Adern des Signalkabels gehört/gehören. Hierdurch wird eine möglichst frühe Erfassung von Feuchtigkeit innerhalb des Signalkabels erreicht.
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Es ist vorteilhaft, dass die Haupteinheit die erste Ader und/oder eine/die zweite Ader vor einer Erfassung eines Isolationswiderstandswertes - vorzugsweise über einen Entladungswiderstand - entlädt. Hierdurch wird eine etwas größere Messgenauigkeit bzw. eine schnellere Erhebung der Messwerte erzielt. Der Entladungswiderstand beträgt vorzugsweise höchstens 10kΩ/5kΩ/2kΩ. Der Entladungswiderstand beläuft sich auf vorzugsweise wenigstens 100Ω/200kΩ/500Ω. Der Entladungswiderstand ist vorzugsweise in der Haupteinheit angeordnet und weiter vorzugsweise zwischen der ersten Ader bzw. zweiten Ader sowie dem ersten Erdpotential befindlich.
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Es ist vorteilhaft, dass die erste Ader und/oder eine/die zweite Ader so ausgewählt wird, dass sich das feldseitige Ende der ersten Ader und/oder der zweiten Ader in einem Knotenpunkt für Signalkabel befindet. Zweckmäßigerweise werden die erste Ader und die zweite Ader so ausgewählt, dass sich die feldseitigen Enden der ersten Ader und der zweiten Ader in einem gemeinsamen Knotenpunkt für Signalkabel befinden. Es ist besonders zweckmäßig, wenn die erste Ader und/oder die zweite Ader so ausgewählt werden, dass die feldseitigen Enden der ersten Ader und/oder der zweiten Ader jeweils nicht mit einer Schlusseinheit verbunden sind. Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Ader abgesehen von Isolationswiderständen und dem Isolationsmessgerät nicht elektrisch mit der zweiten Ader verbunden. Gemäß einer anderen Ausführungsform können die erste Ader und die zweite Ader über einen Abschlusswiderstand, vorzugsweise in einem Knotenpunkt, miteinander verbunden sein. Der Abschlusswiderstand ist bevorzugt unabhängig von einer Luftfeuchtigkeit. Zweckmäßigerweise werden die erste Ader und/oder die zweite Ader ausgewählt, dass die Länge der ersten und/oder der zweiten Ader höchstens 50 km bzw. höchstens 20 km beträgt.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Isolationsmessgerät zwei separate Messgeräteeinheiten mit zwei sich teilweise überlappenden Messbereichen umfasst. Die Haupteinheit weist vorzugsweise eine Messgeräteweiche zum wählbaren Umschalten vom ersten Messgerät auf das zweite Messgerät oder umgekehrt auf. Die Messgeräteweiche ist vorzugsweise zwischen einer/der Erdweiche und dem Isolationsmessgerät bzw. den Messgeräteeinheiten angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Haupteinheit mit einer zusätzlichen Ader eines Signalkabels bzw. des Signalkabels der ersten Ader verbunden. Es ist sehr bevorzugt, dass die zusätzliche Ader weder der ersten, noch der zweiten, noch den weiteren Adern entspricht. Zweckmäßigerweise umfasst die zusätzliche Ader ein haupteinheitseitiges Ende sowie ein feldseitiges Ende. Das feldseitige Ende der zusätzlichen Ader ist besonders vorzugsweise mit einer Erde verbunden, wobei weiter vorzugsweise die Erde nicht der Bahnerde entspricht. Die zusätzliche Ader ist besonders vorzugsweise an ihrem haupteinheitseitigen Ende mit einer ersten Potentialseite eines Spannungsmessgerätes verbunden. Das Spannungsmessgerät ist zweckmäßigerweise Bestandteil der Haupteinheit. Das Spannungsmessgerät ist vorzugsweise an seiner zweiten Potentialseite mit einer Erde bzw. der Erde und damit vorzugsweise nicht mit der Bahnerde verbunden. Das Spannungsmessgerät ist besonders bevorzugt als Wechselspannungsmessgerät ausgebildet, wobei der Messbereich vorzugsweise bis höchstens 5kV/2kV/1kV reicht. Es ist vorteilhaft, wenn das Spannungsmessgerät zyklische Spannungsmessungen an der zusätzlichen Ader vornimmt. Der Messzyklus ist vorzugsweise größer als eine Minute bzw. eine Stunde. Zweckmäßigerweise ist der Messzyklus kleiner als ein Monat bzw. eine Woche. Insbesondere findet wenigstens einmal am Tag eine Spannungsmessung statt. Vorteilhafterweise führt das Spannungsmessgerät je Zyklus mehrere Einzelmessungen durch, wobei vorteilhafterweise aus den Einzelmessungen ein Maximalwert ermittelt wird. Es ist besonders bevorzugt, dass ein Warnsignal ausgegeben wird, wenn der ermittelte Maximalwert oberhalb einer zusätzlichen, vorgegebenen Schwelle befindlich ist. Die zusätzliche vorgegebene Schwelle wird vorzugsweise individuell auf die zusätzliche Ader abgestimmt. Es wird bevorzugt, dass die Maximalwerte gespeichert werden, wobei vorzugsweise eine Interpolation der Entwicklung der Maximalwerte vorgenommen wird, wobei bevorzugt ein Warnsignal ausgegeben wird, wenn die Interpolation innerhalb eines vorgegebenen, zukünftigen Zeitraums unterhalb eines definierten Schwellenwertes liegt.
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Es ist sehr vorteilhaft, wenn die Haupteinheit in einem Stellwerk angeordnet ist. Die Haupteinheit umfasst vorzugsweise eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Zweckmäßigerweise weist die Haupteinheit eine Steuerung auf. Die Steuerung ist bevorzugt als SPS-Steuerung ausgebildet. Zweckmäßigerweise ist die Haupteinheit in einem Schaltschrank untergebracht. Es ist vorteilhaft, wenn die Haupteinheit eine Bedienungseinheit aufweist. Die Bedienungseinheit mag beispielsweise ein Tablet sein, welches etwa in einer Tür des Schaltschrankes angeordnet sein kann, damit bevorzugt die Haupteinheit von außerhalb des Schaltschrankes bedient werden kann. Die Haupteinheit kann insbesondere eine Funkschnittstelle aufweisen, welche beispielsweise als LTE-Schnittstelle ausgebildet sein mag. Es ist möglich, dass die Haupteinheit eine Nahfunkschnittstelle umfasst.
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Die eingangs genannte Aufgabe bzw. Aufgaben wird bzw. werden gelöst durch ein System zum Überwachen von Signalkabeln schienengebundener Verkehrsmittel, insbesondere von Signalkabeln der Eisenbahn, insbesondere gemäß einem der Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das System eine Haupteinheit umfasst, wobei die Haupteinheit mit einer ersten Ader eines Signalkabels verbunden ist, wobei die erste Ader ein haupteinheitseitiges Ende sowie ein feldseitiges Ende aufweist, wobei das Signalkabel für eine Anordnung neben einer Bahnstrecke ausgebildet ist, wobei die Haupteinheit ein Isolationsmessgerät zur Messung von Isolationswiderstandswerten umfasst, wobei das Isolationsmessgerät mit der ersten Ader - insbesondere aufschaltbar - verbunden ist, wobei die Haupteinheit so ausgebildet ist, dass ein Warnsignal ausgegeben wird, wenn ein ermittelter Isolationswiderstandswert der ersten Ader unterhalb einer ersten vorgegebenen Schwelle liegt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung umfasst die folgenden, schematisch gehaltenen Figuren. Es zeigen
- 1 ein erfindungsgemäßes System in vereinfachter Blockdarstellung,
- 2 eine erste Schaltungsdarstellung von elektrischen Komponenten des Systems aus 1,
- 3 eine zweite Schaltungsdarstellung von elektrischen Komponenten des Systems aus 1,
- 4 eine dritte Schaltungsdarstellung von elektrischen Komponenten des Systems aus 1 und
- 5 eine Haupteinheit des Systems aus 1 in vereinfachter Blockdarstellung.
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In 1 findet sich eine übersichtliche Darstellung des erfindungsgemäßen Systems. Das System umfasst eine Haupteinheit 8 sowie in dieser Ausführungsform zwei Feuchtigkeitssensoren 11 und einen Niederschlagssensor 20. Die Haupteinheit 8 ist vorzugsweise in einem Stellwerk 1 angeordnet und mit einem Signalkabel 2 verbunden. Das Signalkabel 2 erstreckt sich vorzugsweise über wenigstens einen Teilabschnitt entlang einer Bahnstrecke bis zu einer Schlusseinheit 32. Es existiert eine Vielzahl an unterschiedlichen Schlusseinheiten, wobei ein Signalschirm und eine Weiche typische Beispiele für Schlusseinheiten sind. Vom Stellwerk 1 bis zur Schlusseinheit 32 durchläuft das Signalkabel 2 bevorzugt auch mehrere Knotenpunkte 3, welche beispielsweise als Kabelschrank 4 oder als Kabelverteiler 5 ausgebildet sein können.
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Die Knotenpunkte 3 unterteilen das Signalkabel 2 in Abschnitte 2a-c des Signalkabels 2. Während die Abschnitte 2a-c des Signalkabels 2 zur Schlusseinheit 32 führen, zweigen Kabelabschnitte 33a-c vor der Schlusseinheit 32 ab und bedienen andere, hier nicht dargestellte Schlusseinheiten. Die abzweigenden Kabelabschnitte 33a-c sind somit vorzugsweise nicht Bestandteil des Signalkabels 2. Allerdings sind die abzweigenden Kabelabschnitte 33a-c sowie das Signalkabel 2 Bestandteile eines vom Stellwerk 1 ausgehenden Kabelbaums, welcher sämtliche, dem Stellwerk zugeordnete Schlusseinheiten bedient. Aufgrund der Baumstruktur des Kabelbaums nimmt die Zahl der Adern je Abschnitt 2a-c nach jedem Knotenpunkt 3 ab, so dass die Abschnitte 2a-c bis größerem Abstand zum Stellwerk 1 typischerweise einen kleineren Außendurchmesser aufweisen als die näher an dem Stellwerk 1 liegenden Abschnitte 2a-c. Mit Blick auf 1 haben die Abschnitte 2a und 2b zumindest diejenigen Adern gemein, welche auch in Abschnitt 2c enthalten sind.
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Die Verteilung der einzelnen Adern auf die verschiedenen Abschnitte 2a-c sowie 33a-c wird über hier nicht dargestellte Verteilsysteme in den Knotenpunkten 3 vorgenommen. In einem Kabelschrank 4 mag eine Verteilung beispielsweise über ein Sammelschienensystem erreicht werden, während in einem Kabelverteiler 5 dies beispielsweise über eine oder mehrere Klemmleisten vorgenommen wird. Demzufolge wird ein ankommender Abschnitt 2a-c in den jeweiligen Knotenpunkt 3 hineingeführt, wobei der ankommende Abschnitt 2a-c in dem jeweiligen Knotenpunkt 3 entmantelt ist, so dass die einzelnen Adern auf das entsprechende Verteilsystem geführt werden können. Bevorzugt wird mit den ausgehenden Abschnitten 2b des Signalkabels zwecks Verbindung mit dem Verteilsystem in dem jeweiligen Knotenpunkt 3 analog verfahren.
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Die einzelnen Abschnitte 2a-c, 33a-c entsprechen typischerweise den speziellen Anforderungen des jeweiligen Bahnnetzbetreibers. Vorzugsweise sind die Abschnitte 2a-c, 33a-c gemäß der Lastenhefte 416.0113 bzw. 416.0114 bzw. 416.0116 der Deutsche Bahn AG ausgebildet. Eine typische Ausführungsform eines solchen Signalkabels mag eine wetterfeste Außenschicht in Form von Polyethylen aufweisen, welche nach innen gefolgt werden mag von einer Bewehrungsschicht beispielsweise in Form eines Stahlbandes zum Schutz vor Tierbissen und unerwünschten induktiven Beeinflussungen durch Oberleitungen. Hierauf mag nach innen eine weitere Kunststoffschicht, beispielsweise ebenfalls aus Polyethylen folgen, welche ihrerseits eine Aluminiumschicht zwecks Querwasserfestigkeit umschließen mag. Hierauf folgt dann oft eine Vielzahl an einzelisolierten Adern, wobei zwischen den Adern eine Füllmasse angeordnet sein kann, welche ein Kriechen von Feuchtigkeit entlang des Signalkabels 2 unterbindet und so die Längswasserfestigkeit erhöht. Je nach Entfernung zum Stellwerk 1 des Abschnitts 2a-c des Signalkabels 2 enthält der jeweilige Abschnitt 2a-c einige wenige Adern bis hin zu einigen hundert Adern. Insbesondere im Falle der stellwerksnäheren Abschnitte 2a, 2b des Signalkabels 2 findet sich regelmäßig eine kleinere Anzahl an nicht verwendeten Adern, welche nicht mit Schlusseinheiten verbunden sind. Diese kleinere Anzahl an Adern dient letztlich als Reserve und erlaubt eine gewisse Flexibilität hinsichtlich der Verschaltung des Kabelbaums.
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Diese kleinere Anzahl an nicht verwendeten Adern umfasst vorzugsweise eine erste Ader 6 sowie eine zweite Ader 7, wie dies aus 2 hervorgeht. Die erste Ader 6 und die zweite Ader 7 erstrecken sich von dem Stellwerk 1 über den Knotenpunkt 3 in Form des Kabelschrankes 4 hinweg bis zu dem Knotenpunkt 3 in Form des Kabelverteilers 5, so dass die ersten beiden Adern 6, 7 auch in den beiden Abschnitten 2a, 2b des Signalkabels 2 enthalten sind. Die strichpunktiert dargestellte Haupteinheit 8 weist in dieser Ausführungsform ein ein Isolationsmessgerät 18 zur Messung von Isolationswiderständen auf. Die Haupteinheit 8 dieses Ausführungsbeispiels umfasst ferner einen ersten Eingangskontakt 9 sowie einen zweiten Eingangskontakt 10. Die beiden Eingangskontakte 9, 10 bilden einen Spannungsabgriff und sind mit dem Messgerät 18 sowie mit der ersten Ader 6 und der zweiten Ader 7 verbunden. Das Messgerät 18 ist ferner verbunden mit einem ersten Erdpotential 30, wobei das erste Erdpotential 30 in diesem Falle die Bahnerde ist.
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Die Litzen der ersten Ader 6 und zweiten Ader 7 laufen durch den Abschnitt 2a des Signalkabels 2 bis in den Kabelschrank 4 und werden dort auf jeweils eine Kontaktverbindung 15 geführt. Beispielsweise über Rangierdrähte werden die erste Ader 6 und die zweite Ader 7 auf jeweils eine weitere Kontaktverbindung 15 geführt, um von dort dann innerhalb des Abschnittes 2b des Signalkabels 2 bis zum Kabelverteiler 5 zu laufen. Auch im Kabelverteiler 5 werden die erste Ader 6 und die zweite Ader 7 jeweils auf eine Kontaktverbindung 15 geführt. In diesem Ausführungsbeispiel werden die feldseitigen Enden der ersten Ader 6 und zweiten Ader 7 nicht miteinander verbunden, so dass sowohl die erste Ader 6 und zweite Ader 7 offen in dem Kabelverteiler 5 enden.
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In dem Abschnitt 2b des Signalkabels 2 aus 2 mag beispielsweise eine hier nicht dargestellte Kabelmuffe enthalten sein, welche zu einem Feuchtigkeitseintritt innerhalb des Abschnittes 2b führt. In der Folge verringert sich ein Isolationswiderstand zwischen der ersten Ader 6 und der zweiten Ader 7, was durch einen gestrichelt dargestellten parasitären Widerstand 16 symbolisiert ist. Dabei ist der parasitäre Widerstand 16 umso kleiner, je mehr Feuchtigkeit in den Abschnitt 2b eingedrungen ist. Das Isolationsmessgerät 18 erfasst regelmäßig den Isolationswiderstand zwischen der ersten Ader 6 und der zweiten Ader 7 und gibt im Falle eines Unterschreitens einer ersten vorgegebenen Schwelle ein Warnsignal aus. Die erste vorgegebene Schwelle mag beispielsweise in einem Bereich zwischen 100 kΩ und 1MΩ liegen. Das Isolationsmessgerät 18 ist außerdem aufschaltbar mit dem ersten Erdpotential 30 verbunden. Die Haupteinheit 8 ist so ausgestaltet, dass nach Bedarf auch Isolationswiderstände zwischen der ersten Ader 6 und der dem ersten Erdpotential 30 sowie zwischen der zweiten Ader 7 und dem ersten Erdpotential 30 ermittelt werden können. Auch im Falle der beiden Isolationswiderstände zum ersten Erdpotential 30 gibt die Haupteinheit 8 bei Unterschreiten einer Schwelle ein Warnsignal aus.
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Die beiden Feuchtigkeitssensoren 11 dieses Ausführungsbeispieles weisen gemäß 3 ein feuchtigkeitsabhängiges elektrisches Bauelement 12 in Form eines feuchtigkeitsabhängigen elektrischen Widerstandes auf. Die beiden feuchtigkeitsabhängigen elektrischen Bauelemente 12 sind über zwei weitere Adern 21, 22 mit der Haupteinheit 8 bzw. dem Isolationsmessgerät 18 verbunden.
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Hierzu umfasst jeder der beiden Feuchtigkeitssensoren 11 dieses Ausführungsbeispieles vier Anschlusskontakte 19a-d, wobei vorzugsweise zwei der Anschlusskontakte 19a, 19d einer ersten Potentialseite 13 und zwei Anschlusskontakte 19c, 19d einer zweiten Potentialseite 14 des Feuchtigkeitssensors 11 zugeordnet sind. Zweckmäßigerweise sind zwei Anschlusskontakte 19a, 19c des Feuchtigkeitssensors 11 in dem Kabelschrank 4 dem ersten Abschnitt 2a des Signalkabels 2 zugeordnet, während zwei Anschlusskontakte 19b, 19d dem zweiten Abschnitt 2b des Signalkabels 2 zugeordnet sind.
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Mit Blick auf den Feuchtigkeitssensor 11 des Kabelverteilers 5 wurden die Anschlusskontakte 19b, 19d nicht mit der ersten Ader 6 und der zweiten Ader 7, sondern bevorzugt mit einem elektrischen Abschlusselement 17 in Form eines Abschlusswiderstandes verbunden sind. Das elektrische Abschlusselement 17 ist besonders bevorzugt unabhängig von der relativen Luftfeuchtigkeit im Kabelverteiler 5. Die feuchtigkeitsabhängigen Bauelemente 12 und das elektrische Abschlusselement 17 sind parallel zu dem durch die Eingangskontakte 9, 10 gebildeten Spannungsabgriff sowie zueinander parallel geschaltet.
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In 4 ist die dritte elektrische Schaltung gezeigt, in welcher sich eine zusätzliche Ader 23 über Kontaktierungen 24 durch die Abschnitte 2a und 2b sowie durch den Kabelschrank 4 hindurch bis zum Kabelverteiler 5 erstreckt. Die zusätzliche Ader 23 wird aus dem Kabelverteiler 5 herausgeführt und mit einer Erde 31 verbunden, wobei die Erde 31 in diesem Ausführungsbeispiel nicht die von Beeinflussungsspannungen betroffene Bahnerde ist. Haupteinheitseitig ist die zusätzliche Ader 23 in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Spannungsmessgerät 29 verbunden, welches seinerseits mit der Erde 31 verbunden ist. Die zusätzliche Ader 23 dient der Messung von Beeinflussungsspannungen, welche von in 4 nicht dargestellten Oberleitungen auf das Signalkabel 2 induziert werden. Das Spannungsmessgerät 29 erfasst die in die zusätzliche Ader 23 induzierten Spannungen regelmäßig und beispielsweise halbtäglich. Dabei werden beispielsweise in zehn Einzelmessungen zehn Spannungsmesswerte aufgenommen und von diesen zehn Spannungsmesswerten der Maximalwert ermittelt. Liegt der Maximalwert oberhalb einer zusätzlichen, vorgegebenen Schwelle, so gibt die Haupteinheit 8 ein Warnsignal aus.
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In 5 ist der wesentliche Aufbau der Haupteinheit 8 dargestellt, welche in diesem Ausführungsbeispiel in einem Schaltschrank untergebracht ist. Unten im Bild ist zu erkennen, dass die erste Ader 6, die zweite Ader 7, die weiteren Adern 21, 22 sowie die zusätzliche Ader 23 allesamt auf die Haupteinheit 8 geführt werden. Kern der Haupteinheit 8 bildet eine Steuerung 25, welche an den Niederschlagssensor 20, an eine Bedienungseinheit 26 sowie an eine Kommunikationseinheit 27 angeschlossen ist. Die Bedienungseinheit 26 mag beispielsweise einen Tablet sein, welches in eine Tür des Schaltschrankes eingefügt und von außen bedienbar ist. Die Kommunikationseinheit 27 mag beispielsweise eine Kombination aus Router und LTE-Schnittstelle sein. Die Steuerung 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, aus einer Vielzahl an jeweiligen Adern 21 und 22 bzw. 6, 7 bzw. 23 jeweils eine oder zwei dieser Adern auszuwählen und auf das entsprechende Messgerät 18, 29 zu schalten. Aus diesem Grunde läuft von der Steuerung 25 ausgehend jeweils ein Kontrollpfeil zu den einzelnen Adern 21, 22, 6, 7, 23.
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Eine Aderpaarweiche 36 wird ebenfalls von der Steuerung 25 angesteuert, wodurch auf das Isolationsmessgerät 18 entweder die erste Ader 6 und die zweite Ader 7 oder die weiteren Adern 21, 22 geschaltet werden. Auf die Aderpaarweiche 36 folgt eine Erdweiche 35, welche im Falle der Messung eines Isolationswiderstandes der ersten Ader 6 bzw. der zweiten Ader wahlweise das erste Erdpotential 30 hinzuschalten kann. Auf die Erdweiche 35 folgt eine Messgeräteweiche 34, welche die Messwerte entweder auf eine erste oder zweite Messgeräteeinheit 28 des Isolationsmessgerätes 18 schaltet. Die beiden Messgeräteeinheiten 28 unterscheiden sich hinsichtlich ihres Messbereiches, wobei sich die beiden Messbereiche teilweise überlappen. Das Ergebnis des Messbereichüberlapps ist, dass ein insgesamt vergrößerter Messbereich des Isolationsmessgerätes 18 vorliegt.
