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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Überwachen von Signalkabeln, insbesondere von Signalkabeln der Eisenbahn im Feld, wobei ein Messgerät zur Messung elektrischer Größen mit stellwerkseitigen Enden der ersten Ader und der zweiten Ader eines Signalkabels verbunden wird, wobei das Messgerät bevorzugt Isolationswiderstände misst.
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Derartige Verfahren und Systeme sind aus der Praxis bekannt. Hierzu wird ein entsprechendes Messgerät mit einer Ader sowie mit Erde verbunden, um den dazugehörigen Isolationswiderstand zu erfassen. Ebenso ist es bekannt, ein Aderpaar mit dem Messgerät zu verbinden, um den Isolationswiderstand zwischen den Adern zu bestimmen. Nimmt der entsprechende Isolationswiderstand ab, so liegt dies häufig an Feuchtigkeit, welche in die Signalkabel eingedrungen ist.
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Allerdings wurde gefunden, dass eindringende Feuchtigkeit nicht die einzige Ursache für defekte Signalkabel ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein System zu schaffen, welches auch andere Fehler ermitteln kann. Vorzugsweise liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, das Fehlerspektrum der Überwachung zu vergrößern, um letztlich die Fehleranfälligkeit der Signalanlagen zu verringern. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Aufwand bei der Fehlersuche zu verringern bzw. möglichst klein zu halten.
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Diese Aufgabe wird bzw. diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zum Überwachen von Signalkabeln, insbesondere von Signalkabeln der Eisenbahn im Feld, wobei ein erstes elektrisches Bauelement bekannter Impedanz in einem ersten Knotenpunkt eines Signalkabelbaumes im Feld angeordnet wird, wobei eine erste Potentialseite des ersten Bauelements mit einer ersten Ader und eine zweite Potentialseite des ersten Bauelements mit einer zweiten Ader verbunden wird, wobei die erste Ader und die zweite Ader in einem in Richtung eines Stellwerkes laufenden ersten Signalkabel befindlich sind, wobei ein Messgerät zur Messung elektrischer Größen mit stellwerkseitigen Enden der ersten Ader und der zweiten Ader verbunden wird,
wobei ein zweites elektrisches Bauelement bekannter Impedanz in einem zweiten Knotenpunkt des Signalkabelbaumes im Feld angeordnet wird, wobei der zweite Knotenpunkt weiter entfernt vom Stellwerk angeordnet ist als der erste Knotenpunkt, wobei eine erste Potentialseite des zweiten Bauelements mit einer dritten Ader und eine zweite Potentialseite des zweiten Bauelements mit einer vierten Ader verbunden wird, wobei die dritte Ader und die vierte Ader in einem in Richtung des ersten Knotenpunktes laufenden zweiten Signalkabel befindlich sind,
wobei die erste Ader und die dritte Ader Bestandteil einer ersten elektrischen Leitung sind, wobei die zweite Ader und die vierte Ader Bestandteil einer zweiten elektrischen Leitung sind, wobei die erste Leitung den ersten Potentialseiten der Bauelemente zugeordnet ist, wobei die zweite Leitung den zweiten Potentialseiten der Bauelemente zugeordnet ist, so dass das erste Bauelement parallel zum zweiten Bauelement geschaltet ist.
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Das Verfahren zum Überwachen von Signalkabeln betrifft vorzugsweise die Überwachung von Signalkabeln der Eisenbahn im Feld. Gemäß einer anderen Ausführungsform betrifft das Verfahren zum Überwachen von Signalkabeln die Signalkabel anderer Verkehrsinfrastrukturen wie beispielsweise der Autobahn. Die Signalkabel sind besonders vorzugsweise für eine Anordnung neben einer Bahnstrecke ausgebildet, was insbesondere Wetterfestigkeit und/oder Schutz vor Induktion durch Oberleitungen und/oder Schutz vor Tierbissen und/oder Längswasserfestigkeit und/oder Querwasserfestigkeit meint. 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 Signalkabel der Eisenbahn geeignet.
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Der Begriff „Knotenpunkt“ meint insbesondere eine Abzweigung von Signalkabeln, beispielsweise einen Kabelverteiler oder einen Kabelschrank. Ein Kabelschrank mag insbesondere wenigstens eine Tür aufweisen, während ein Kabelverteiler ein abnehmbares Gehäuseoberteil umfassen mag. Zweckmäßigerweise weicht das Gehäuse des Knotenpunktes von einer rotationssymmetrischen Form ab. Vorzugsweise ist mit dem Ausdruck „Knotenpunkt“ jedes Gehäuse gemeint, in welchem sich wenigstens eine Klemmleiste zur Verbindung von Adern von wenigstens zwei Signalkabeln befindet. Es ist bevorzugt, dass der Knotenpunkt bzw. die Knotenpunkte für eine Anordnung neben einer Bahnstrecke ausgebildet sind, was bevorzugt bedeutet, dass der Knotenpunkt bzw. die Knotenpunkte - insbesondere gemäß Herstellerangaben - für eine Anordnung im Freien bzw. neben einer Bahnstrecke ausgebildet ist. Der Ausdruck „weiter entfernt vom Stellwerk“ meint bevorzugt nicht die Luftlinie, sondern zweckmäßigerweise die Länge der elektrischen Leitung bis zum jeweiligen Knotenpunkt.
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Zweckmäßigerweise verläuft das erste Signalkabel von einem Stellwerk ausgehend und vorzugsweise wenigstens teilweise entlang einer Bahnstrecke. Es ist bevorzugt, dass das zweite Signalkabel wenigstens teilweise entlang einer bzw. der Bahnstrecke des ersten Signalkabels verläuft. Vorzugsweise ist entlang der Bahnstrecke des ersten Signalkabels bzw. des zweiten Signalkabels eine Mehrzahl an Knotenpunkten zur Verteilung bzw. Abzweigung von weiteren Signalkabeln angeordnet. Zweckmäßigerweise erstrecken sich innerhalb des ersten Signalkabels bzw. innerhalb des zweiten Signalkabels eine Vielzahl an Adern, wobei bevorzugt die Vielzahl an Adern des ersten Signalkabels die erste Ader und die zweite Ader umfasst, wobei vorteilhafterweise die Vielzahl an Adern des zweiten Signalkabels die dritte Ader und die vierte Ader aufweist. Die Begriffe „erste Ader“ bzw. „zweite Ader“ bzw. „dritte Ader“ bzw. „vierte Ader“ beziehen sich bevorzugt nicht auf die übliche Ader-Nummerierung innerhalb eines Signalkabels. Es ist bevorzugt, dass der Begriff „erste Ader“, „zweite Ader“ usw. insbesondere jede beliebige Ader des Signalkabels meint. Insbesondere sind die erste Ader, die zweite Ader usw. freie bzw. nicht verwendete Adern, womit vorzugsweise gemeint ist, dass diese Adern nicht mit einer Schlusseinheit verbunden sind. Zweckmäßigerweise umfassen die erste bis vierte Ader jeweils wenigstens eine Litze. Es ist möglich, dass die erste bis vierte Ader jeweils mehrere nacheinander geschaltete Litzen aufweisen, welche beispielsweise über Kabelmuffen miteinander verbunden sind.
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Der Begriff „Feld“ meint bevorzugt den Bereich jenseits baulicher Einrichtungen wie Stellwerke. Sofern nicht ausdrücklich angegeben, meinen Begrifflichkeiten wie „elektrische Verbindung“ oder „Verbindung“ neben einer unmittelbaren Verbindung insbesondere auch eine mittelbare Verbindung. Eine mittelbare elektrische Verbindung besteht beispielsweise dann, wenn zwei elektrische Widerstände über einen dritten, dazwischenliegenden elektrischen Widerstand miteinander verbunden werden. Eine unmittelbare elektrische Verbindung ist insbesondere dann gegeben, wenn die beiden miteinander verbundenen Elemente sich auf demselben Potentialniveau befinden. Eine unmittelbare, direkte Verbindung mag z.B. dann vorliegen, wenn zwei Litzen mittels Crimverbindung miteinander verbunden sind, so dass auch kein elektrischer Leiter zwischen diesen beiden Litzen liegt.
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Der Ausdruck „bekannte Impedanz“ meint zunächst alle Impedanzen mit Wirkwiderstand und/oder Blindwiderstand. Eine bekannte Impedanz liegt insbesondere dann vor, wenn bei einer bekannten Frequenz die daraus resultierende Impedanz bekannt ist. Die Impedanz hängt vorzugsweise - wenn überhaupt - nur von der Frequenz ab. Besonders vorzugsweise ist das erste Bauelement und/oder das zweite Bauelement ein ohmscher Widerstand. Der Widerstand des ersten Bauelementes und/oder des zweiten Bauelementes beträgt zweckmäßigerweise wenigstens 0,2/1/2/5 MΩ. Es ist bevorzugt, dass der Widerstand des ersten Bauelementes und/oder des zweiten Bauelementes höchstens 500/100/50/20 MΩ beträgt. Zweckmäßigerweise sind die erste bis vierte Ader sowie das erste und das zweite Bauelement Bestandteile einer Linie. Es ist besonders bevorzugt, wenn das erste Bauelement und das zweite Bauelement passiv ausgebildet sind. Das Wort „passiv“ meint insbesondere, dass keine Versorgungsspannung erforderlich ist bzw. lediglich eine elektrische Verbindung zum Messgerät hergestellt werden muss.
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Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass Signalkabel häufig freie Adern aufweisen, welche nicht mit einer Schlusseinheit verbunden sind. Die freien Adern enden in einem Knotenpunkt und sind dort nicht elektrisch miteinander verbunden. Durch die erfindungsgemäße Verschaltung von Adern der Signalkabel wird eine Parallelschaltung von Bauelementen bekannter Impedanz geschaffen, welche nachfolgend „Linie“ genannt wird. Durch die bekannten Impedanzen wird der Linie ein gut messbarer Sollwert einer Linien-Impedanz zugeordnet. Weicht der gemessene Impedanzwert von dem Sollwert ab, so liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler vor. Beispielsweise kann eindringende Feuchtigkeit zu einer Verringerung von Isolationswiderständen einzelner Adern führen, so dass auch die Linien-Impedanz messbar abnimmt.
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Insbesondere ist es mit der erfindungsgemäßen Verschaltung möglich, Unterbrechungen von einzelnen Adern bzw. Signalkabeln zu erfassen. Ist z.B. die dritte oder vierte Ader unterbrochen, so findet ein Stromfluss durch das zweite Bauelement und durch ggf. weitere, und folgende Bauelemente in weiteren Knotenpunkten praktisch nicht mehr statt, so dass die Parallelschaltung der Linie letztlich nur noch aus dem ersten Bauelement besteht. Hierdurch vergrößert sich die Linienimpedanz, welche gegen den Impedanzwert des ersten Bauelementes läuft. Somit lässt die Vergrößerung des Wertes der Linienimpedanz gegen den Impedanzwert des ersten Bauelementes den Rückschluss zu, dass entweder die dritte oder vierte Ader und damit in jedem Fall das zweite Signalkabel von der Unterbrechung betroffen ist. Folglich kann sich die Fehlersuche lediglich auf den Abschnitt des zweiten Signalkabels beschränken, wodurch der Aufwand bei der Fehlersuche entscheidend verringert wird. Im Ergebnis werden mit der erfindungsgemäßen Lösung nicht nur verringerte Isolationswiderstände, sondern insbesondere auch lokalisierte Leitungsunterbrechungen aufgefunden. Dieses Verfahren ist auch bei Linien möglich, welche fünf oder mehr Knotenpunkte aufweisen. Insbesondere wird mit der erfindungsgemäßen Lösung auch ein Verfahren geschaffen, welches den Aufwand bei der Fehlersuche bezüglich unterbrochener Leitungen verringert.
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Es ist sehr bevorzugt, wenn das erste Bauelement unmittelbar mit der ersten Ader und der zweiten Ader bzw. mit der dritten Ader und der vierten Ader verbunden wird. Zweckmäßigerweise wird eine erste Potentialseite des ersten Bauelementes unmittelbar mit der ersten Ader und vorzugsweise der dritten Ader verbunden. Es ist bevorzugt, wenn die zweite Potentialseite des ersten Bauelementes unmittelbar mit der zweiten Ader und vorteilhafterweise mit der vierten Ader verbunden wird. Zweckmäßigerweise ist eine erste Potentialseite des zweiten Bauelementes unmittelbar mit der dritten Ader verbunden.
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Vorzugsweise ist eine zweite Potentialseite des ersten Bauelementes unmittelbar mit der vierten Ader verbunden. Es ist möglich, dass die erste Potentialseite des zweiten Bauelementes - bevorzugt unmittelbar - mit einer fünften Ader eines dritten Signalkabels verbunden ist. Die fünfte Ader ist vorzugsweise Bestandteil der ersten Leitung. Es ist möglich, dass die zweite Potentialseite des zweiten Bauelementes - bevorzugt unmittelbar - mit einer sechsten Ader des dritten Signalkabels verbunden ist. Die sechste Ader ist zweckmäßigerweise Bestandteil der zweiten Leitung. Es ist möglich, dass die Linie bis zu fünf oder bis zu zehn Signalkabel umfasst.
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Es ist sehr bevorzugt, wenn ein erstes elektrisches, feuchtigkeitsabhängiges Bauteil in dem ersten Knotenpunkt angeordnet wird. Zweckmäßigerweise wird ein zweites elektrisches, feuchtigkeitsabhängiges Bauteil in dem zweiten Knotenpunkt angeordnet. Das feuchtigkeitsabhängige erste bzw. zweite Bauteil umfasst vorzugsweise einen feuchtigkeitsabhängigen ohmschen Widerstand und/oder einen feuchtigkeitsabhängigen Kondensator und/oder eine feuchtigkeitsabhängige Spule, wobei ein feuchtigkeitsabhängiger ohmscher Widerstand bzw. ein feuchtigkeitsabhängiger Kondensator bevorzugt sind. Besonders bevorzugt umfasst das feuchtigkeitsabhängige Bauteil zwei Kammelektroden mit jeweils wenigstens einem Zinken. Die Kammelektroden sind vorteilhafterweise aus einem Metall bzw. weiter bevorzugt aus einem Edelmetall. Es ist sehr vorteilhaft, wenn zwischen den beiden Kammelektroden eine feuchtigkeitsaufnehmende bzw. poröse Schicht angeordnet ist, welche beispielsweise ein Glas bzw. ein keramisches Material bzw. einen Kunststoff umfasst. Es ist sehr vorteilhaft, wenn das erste bzw. zweite Bauteil passiv ausgebildet ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein erster elektrischer Baustein in dem ersten Knotenpunkt angeordnet, wobei der erste Baustein eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung aufweist. Vorzugsweise wird ein zweiter elektrischer Baustein in dem zweiten Knotenpunkt angeordnet, wobei der zweite Baustein eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung umfasst. Zweckmäßigerweise ist der erste bzw. zweite Baustein eine Diode. Es ist möglich, dass der erste bzw. zweite Baustein ein Relais oder ein Transistor mit Sperrfunktion ist. Vorteilhafterweise ist der erste bzw. zweite Baustein Bestandteil der Linie.
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Es ist sehr bevorzugt, dass das erste Bauteil bezüglich des Messgerätes parallel zu dem ersten Bauelement geschaltet ist. Zweckmäßigerweise ist das zweite Bauteil bezüglich des Messgerätes parallel zu dem zweiten Bauelement geschaltet. Das erste und/oder das zweite Bauteil ist vorzugsweise ein Bestandteil der Linie. Eine erste Potentialseite des ersten feuchtigkeitsabhängigen Bauteiles wird bevorzugt mit der ersten Ader und/oder mit der dritten Ader bzw. mit der ersten Leitung verbunden. Vorteilhafterweise wird eine zweite Potentialseite des ersten feuchtigkeitsabhängigen Bauteiles mit der zweiten Ader bzw. mit der vierten Ader bzw. mit der zweiten Leitung verbunden. Zweckmäßigerweise wird eine erste Potentialseite des zweiten feuchtigkeitsabhängigen Bauteiles mit der dritten Ader bzw. mit der fünften Ader bzw. mit der ersten Leitung verbunden. Es ist möglich, dass eine zweite Potentialseite des zweiten feuchtigkeitsabhängigen Bauteiles mit der vierten Ader bzw. einer/der sechsten Ader der zweiten Leitung verbunden wird.
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Es liegt insbesondere im Rahmen der Erfindung, dass der erste Baustein in Reihe zu dem ersten Bauteil geschaltet ist. Zweckmäßigerweise ist der zweite Baustein in Reihe zu dem zweiten Bauteil geschaltet. Es ist vorteilhaft, wenn der erste Baustein parallel zu dem ersten Bauelement geschaltet ist. Zweckmäßigerweise ist der zweite Baustein parallel zu dem zweiten Bauelement geschaltet.
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Es ist sehr vorteilhaft, wenn das erste Bauelement und/oder das erste Bauteil und/oder der erste Baustein in einem ersten Gehäuse untergebracht sind. Zweckmäßigerweise sind das zweite Bauelement und/oder das zweite Bauteil und/oder der zweite Baustein in einem zweiten Gehäuse angeordnet. Das erste Gehäuse ist bevorzugt in dem ersten Knotenpunkt angeordnet. Das zweite Gehäuse ist vorzugsweise in dem zweiten Knotenpunkt untergebracht. Das erste und/oder zweite Gehäuse weist vorzugsweise ein Befestigungsmittel, insbesondere eine Öffnung für einen Montagewinkel, auf. Das erste und/oder zweite Gehäuse wird bevorzugt in einer oberen Hälfte bzw. in einem oberen Drittel des jeweiligen Knotenpunktes angeordnet. Es ist bevorzugt, dass das erste und/oder zweite Gehäuse an einem Anschlusskabel befestigt ist.
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Das Anschlusskabel umfasst vorzugsweise vier Anschlussadern. Es ist bevorzugt, dass die vier Anschlussadern paarweise mit der ersten Leitung und der zweiten Leitung verbunden sind. Es ist besonders bevorzugt, dass eine erste Anschlussader mit der ersten Ader, eine zweite Anschlussader mit der zweiten Ader, eine dritte Anschlussader mit der dritten Ader und eine vierte Anschlussader mit der vierten Ader - vorzugsweise unmittelbar und besonders vorzugsweise unmittelbar direkt - verbunden wird.
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Ein Gehäuse und ein Anschlusskabel sind vorzugsweise Bestandteile eines Moduls, insbesondere eines Feuchtigkeits- oder eines Standardmoduls. Vorzugsweise sind das erste Bauelement und das erste Bauteil und das Gehäuse Bestandteile eines Feuchtigkeitsmoduls. Das Feuchtigkeitsmodul umfasst vorzugsweise einen/den ersten Baustein. Es ist möglich, dass das erste Bauelement und das erste Gehäuse oder das zweite Bauelement und das zweite Gehäuse Bestandteile eines Standardmoduls sind. Das Standardmodul umfasst vorzugsweise weder das erste bzw. zweite Bauteil noch den ersten bzw. zweiten Baustein. Vorzugsweise ist in dem ersten und/oder zweiten Knotenpunkt das Feuchtigkeitsmodul bzw. das Standardmodul untergebracht. Vorzugsweise wird das Standardmodul und/oder das Feuchtigkeitsmodul über die Anschlussadern mit Anschlusskontakten des Knotenpunktes bzw. mit Anschlusskontakten der Klemmleiste bzw. den Klemmleisten des Knotenpunktes verbunden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Messgerät die Polarität der Messungen wechseln. Das Messgerät ist besonders bevorzugt ein Isolationsmessgerät. Ein oberer Grenzwert der Messspanne des Isolationsmessgerätes beträgt vorzugsweise wenigstens 5 MΩ, weiter vorzugsweise wenigstens 10 MΩ und besonders vorzugsweise wenigstens 15 MΩ.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Messgerät Bestandteil einer Haupteinheit ist, wobei die Haupteinheit bevorzugt in einem bzw. in dem Stellwerk untergebracht wird. Die Haupteinheit ist bevorzugt mit mehreren Linien verbunden, wobei die Linien zweckmäßigerweise sternförmig auf die Haupteinheit zulaufen. Vorteilhafterweise ist das Messgerät, insbesondere über eine Aderweiche der Haupteinheit, mit Erde verbunden. Es ist sehr bevorzugt, dass das Messgerät wenigstens zwei Messkontakte zur Messung von Isolationswiderständen aufweist. Die beiden Messkontakte sind besonders bevorzugt mit wenigstens einer Aderweiche verbunden. Es ist sehr vorteilhaft, dass das Messgerät über die Messkontakte einen Isolationswiderstand zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung erfasst. Es ist besonders bevorzugt, dass die Polarität der Messkontakte gewechselt werden kann. Vorteilhafterweise kann die Haupteinheit über eine Aderweiche einen Isolationswiderstand zwischen der ersten Leitung und Erde ermitteln. Es ist bevorzugt, dass die Haupteinheit über eine Aderweiche einen Isolationswiderstand zwischen der zweiten Leitung und Erde erfassen kann. Vorteilhafterweise ist die Haupteinheit mit einem Niederschlagsensor verbunden. Der Niederschlagsensor ist zweckmäßigerweise ausgebildet, Niederschlag in Form von Regen und/oder Schnee zu erfassen. Vorteilhafterweise ist der Niederschlagsensor beheizt. Vorzugsweise ist die Haupteinheit mit einem Außenlufttemperatursensor und/oder mit einem Außenfeuchtesensor verbunden. Es ist zweckmäßig, dass der Außenlufttemperatursensor und der Außenfeuchtesensor in einem kombinierten Sensor zusammengefasst sind. Zweckmäßigerweise sind der Niederschlagsensor und/oder der Außenlufttemperatursensor und/oder der Außenfeuchtesensor mittels Kabel mit der Haupteinheit verbunden. Die Haupteinheit umfasst vorteilhafterweise einen Touchscreen. Zweckmäßigerweise umfasst die Haupteinheit Anschaltkarten zur Anschaltung von Linien. Die Anschaltkarten umfassen vorzugsweise Relais. Die Haupteinheit weist vorzugsweise einen Router, beispielsweise einen GSM oder WAN-Router auf. Vorzugsweise umfasst die Haupteinheit eine GSM/LTE-Antenne.
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Die eingangs genannte Aufgabe bzw. Aufgaben wird bzw. werden gelöst durch ein System zum Überwachen von Signalkabeln, insbesondere von Signalkabeln der Eisenbahn im Feld, insbesondere nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei ein erstes elektrisches Bauelement bekannter Impedanz in einem ersten Knotenpunkt eines Signalkabelbaumes im Feld angeordnet ist, wobei eine erste Potentialseite des ersten Bauelements mit einer ersten Ader und eine zweite Potentialseite des ersten Bauelements mit einer zweiten Ader verbunden ist, wobei die erste Ader und die zweite Ader in einem in Richtung eines Stellwerkes laufenden ersten Signalkabel befindlich sind, wobei ein Messgerät zur Messung elektrischer Größen mit stellwerkseitigen Enden der ersten Ader und der zweiten Ader verbunden ist,
wobei ein zweites elektrisches Bauelement bekannter Impedanz in einem zweiten Knotenpunkt des Signalkabelbaumes im Feld angeordnet ist, wobei der zweite Knotenpunkt weiter entfernt vom Stellwerk angeordnet ist als der erste Knotenpunkt, wobei eine erste Potentialseite des zweiten Bauelements mit einer dritten Ader und eine zweite Potentialseite des zweiten Bauelements mit einer vierten Ader verbunden ist, wobei die dritte Ader und die vierte Ader in einem in Richtung des ersten Knotenpunktes laufenden zweiten Signalkabel befindlich sind,
wobei die erste Ader und die dritte Ader Bestandteil einer ersten elektrischen Leitung sind, wobei die zweite Ader und die vierte Ader Bestandteil einer zweiten elektrischen Leitung sind, wobei die erste Leitung den ersten Potentialseiten der Bauelemente zugeordnet ist, wobei die zweite Leitung den zweiten Potentialseiten der Bauelemente zugeordnet ist, so dass das erste Bauelement parallel zum zweiten Bauelement geschaltet ist.
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Die eingangs genannte Aufgabe bzw. Aufgaben wird bzw. werden gelöst durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems zur Überwachung von Signalkabeln von Verkehrswegen, insbesondere von Signalkabeln der Eisenbahn.
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Der Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, dass vorteilhafterweise Feuchtigkeitssensoren bzw. feuchtigkeitsabhängige Bauteile in den Knotenpunkten (insbesondere in den Kabelschränken und Kabelverteilern) angeordnet werden. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn die feuchtigkeitsabhängigen Bauteile an die Adern der Signalkabel angeschlossen werden.
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Dann bedarf es keiner kabellosen Sensoren, welche eigentlich nur mittels Funk mit der Haupteinheit verbunden werden können. Eine solche Funkverbindung ist allerdings äußerst problematisch, weil der Starkstrom der Oberleitungen die Funkverbindung bzw. die kabellosen Sensoren empfindlich stören kann. Daher müssten die kabellosen Sensoren besonders gut gegenüber der Oberleitungen abgeschirmt werden, was im Umkehrschluss allerdings wieder problematisch ist hinsichtlich der Funkverbindung.
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Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass die feuchtigkeitsabhängigen Bauteile dieselben Adern der Signalkabel nutzen können wie die Bauelemente mit bekannter Impedanz. Dies wird erreicht, indem die feuchtigkeitsabhängigen Bauteile parallel zu den Bauelementen bekannter Impedanz geschaltet werden. Dabei sind die feuchtigkeitsabhängigen Bauteile in Reihe geschaltet mit einem elektrischen Baustein, welcher eine Durchlassrichtung sowie eine Sperrrichtung aufweist. Durch eine Änderung der Polarität der Messung können somit Messungen mit und ohne feuchtigkeitsabhängige Bauteile durchgeführt werden, so dass deren Einfluss auf den Messwert bestimmt und hierdurch die Feuchtigkeit in den Knotenpunkten in Form eines Gesamtwertes bestimmt werden kann. Im Ergebnis wird mit den zur Verfügung stehenden freien Adern der Signalkabel besonders sparsam umgegangen.
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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 Schaltungsdarstellung der wesentlichen elektrischen Komponenten des Systems aus 1,
- 3 eine perspektivische Abbildung eines erfindungsgemäßen Moduls des Systems aus den 1 und 2.
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In 1 ist das erfindungsgemäße System in einer vereinfachten Blockdarstellung symbolhaft dargestellt. Das System umfasst sowohl bereits bestehende Komponenten 2, 5, 6, 9, 12, 24, 25 der Infrastruktur von aus der Praxis bekannten Signalanlagen der Deutschen Bahn. Diese Infrastruktur umfasst insbesondere ein Stellwerk 5, ein erstes Signalkabel 6, einen ersten Knotenpunkt 2 in Form eines Schaltschrankes, ein zweites Signalkabel 12, einen zweiten Knotenpunkt 9 in Form eines Kabelverteilers, weitere Signalkabel 24 sowie eine beispielhaft dargestellte Schlusseinheit 25 in Form eines Signalschirms. Mit Hilfe der Signalkabel 6, 12, 24 ist das Stellwerk 5 in der Lage, die Schlusseinheit 25 anzusteuern.
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Wie in der 1 angedeutet ist, sind die Knotenpunkte 2, 9 Verzweigungsstellen, an welchen weitere Signalkabel 24 abzweigen und weitere, hier nicht dargestellte Schlusseinheiten versorgen. Die in 1 dargestellte Infrastruktur ist sehr vereinfacht gehalten, so dass bis zur Schlusseinheit 25 fünf oder noch mehr Knotenpunkte 2, 9 angeordnet sein können. Somit kann die Anordnung der Signalkabel 6, 12, 24 als ein sich verästelnder Kabelbaum betrachtet werden, dessen Stamm das erste Signalkabel 6 ist. Folglich nimmt die Anzahl der Aderpaare von Signalkabel zu Signalkabel ab, so dass das Signalkabel 24 der feinsten Verästelung und damit unmittelbar vor der Schlusseinheit 25 am wenigsten Aderpaare aufweist. Die Zahl der Aderpaare liegt typischerweise zwischen 1 und 100. Während die meisten der Aderpaare eines jeweiligen Signalkabels 6, 12, 24 mit Schlusseinheiten 25 verbunden sind, bleiben stets einige Aderpaare frei, damit eine gewisse Flexibilität bei der Verschaltung von Signalanlagen erhalten bleibt.
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Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Haupteinheit 18 in dem Stellwerk 5 angeordnet. Die Haupteinheit 18 umfasst insbesondere ein Messgerät 7, welches in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Isolationsmessgerät ausgebildet ist. Außerdem ist die Haupteinheit 18 mit einem Niederschlagsensor 20, einem kombinierten Sensor 21, Erde 22 und einer Antenne 23 verbunden. Die Antenne 23 mag beispielsweise eine GSM/LTE-Antenne sein, welche an einen Router der Haupteinheit 18 angeschlossen ist. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Router einen SIM-Kartenschacht zur Aufnahme einer SIM-Karte, so dass die Haupteinheit 18 über das Mobilfunknetz mit einem Leitstand verbindbar ist. Auf diese Weise kann der Leitstand laufend über die Linienwiderstände aller an die Haupteinheit 18 angeschlossenen Linien unterrichtet werden.
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Der Niederschlagsensor 20 ist vorzugsweise beheizt, so dass der Niederschlagsensor 20 insbesondere auch Schneefall erkennt. Die Beheizung bietet außerdem den Vorteil, dass der Niederschlagsensor 20 schnell abgetrocknet, wodurch der Niederschlag zeitlich feiner auflösbar ist. Der Niederschlagsensor 20 mag insbesondere zwei Kammelektroden aufweisen, welche miteinander kämmen. Zwischen den beiden Kammelektroden befindet sich vorteilhafterweise ein feuchtigkeitsaufnehmendes Material welches bei Aufnahme von Feuchtigkeit den Widerstand bzw. die Kapazität zwischen den beiden Kammelektroden verringert. Der Niederschlagsensor 20 ist vorteilhafterweise per Kabel mit der Haupteinheit 18 verbunden und beispielsweise auf dem Dach des Stellwerkes 5 angeordnet. Der kombinierte Sensor 21 umfasst vorzugsweise einen Sensor zur Ermittlung der Lufttemperatur sowie einen Sensor zur Ermittlung der Luftfeuchtigkeit. Der kombinierte Sensor 21 ist vorteilhafterweise vor Sonneneinstrahlung und Niederschlag geschützt und befindet sich im Übrigen außerhalb des Stellwerkes.
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Vor allem aber ist mit Blick auf 2 erkennbar, dass das Messgerät 7 mit einer ersten Ader 3 und einer zweiten Ader 4 verbunden ist, welche beide Bestandteile des ersten Signalkabels 6 sind. Die feldseitigen Enden der ersten Ader 3 und der zweiten Ader 4 enden in dem ersten Knotenpunkt 2, sind nicht mit einer Schlusseinheit verbunden und bilden damit ein freies Aderpaar. Die jeweiligen Enden der ersten Ader 3 und der zweiten Ader 4 sind (wie die feldseitigen Enden aller anderen Adern des ersten Signalkabels 6 auch) in einer Klemmleiste befestigt und können über Anschlusskontakte der Klemmleiste mit anderen Adern verbunden werden.
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Wie insbesondere anhand des Knotenpunktes 2 aus 2 erkennbar ist, ist die Darstellung nach 2 besonders stark vereinfacht, weil hier die weiteren Signalkabel 24 sowie die Schlusseinheit 25 und außerdem alle anderen Adern des ersten Signalkabels 6 und des zweiten Signalkabels 12 der Einfachheit halber weggelassen wurden. Die erste Ader 3 wurde innerhalb des Knotenpunktes 2 mit einer dritten Ader 10 des zweiten Signalkabels 12 verbunden. Ebenso wurde die zweite Ader 4 des ersten Signalkabels 6 an eine vierte Ader 11 aus dem zweiten Signalkabel 12 angeschlossen. Auch im Falle der dritten Ader 10 sowie der vierten Ader 11 des zweiten Signalkabels 12 handelt es sich um ein freies Aderpaar, weil die feldseitigen Enden der dritten Ader 10 und der vierten Ader 11 in dem Knotenpunkt 9 nicht mit einer Schlusseinheit verbunden sind. Die erste Ader 3 und die dritte Ader 10 befinden sich de facto auf demselben Potenzial und bilden eine elektrische Leitung 13. Ebenso befinden sich die zweite Ader 4 und die vierte Ader 11 de facto auf demselben Potenzial, so dass die zweite Ader 4 und die vierte Ader 11 eine zweite elektrische Leitung 14 darstellen.
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Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels wurde im Knotenpunkt 2 ein Feuchtigkeitsmodul 26 eingebaut, welches in 3 perspektivisch dargestellt ist und insgesamt vier Anschlussadern 30 aufweist. Die vier Anschlussadern 30 sind mit den vier Enden der Adern 3, 4, 10, 11 verbunden, wie dies über die vier Anschlusskontakte 35 in 2 betont wurde. Die Anschlussadern 30 verlaufen in einem Anschlusskabel 29, welches in einem Gehäuse 17 des Feuchtigkeitsmoduls 26 endet. In dem Gehäuse 17 befinden sich ausweislich 2 ein erstes elektrisches Bauelement 1 in Form eines ohmschen Widerstandes mit einem bekannten, feststehenden Widerstandswert, ein erstes elektrisches, feuchtigkeitsabhängiges Bauteil 15 in Form eines feuchtigkeitsabhängigen Widerstandes sowie ein erster elektrischer Baustein 16 in Form einer Diode. Bevorzugt sind das erste elektrische feuchtigkeitsabhängige Bauteil 15 und die Diode 16 in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenschaltung ihrerseits vorzugsweise parallel zu dem ersten elektrischen Bauelement 1 geschaltet ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird das erste elektrische feuchtigkeitsabhängige Bauteil 15 gebildet durch zwei an der Oberseite des Gehäuses 17 angeordnete Kammelektroden, welche in 3 angedeutet sind. Während eine erste dieser beiden Kammelektroden U-förmig ausgebildet ist, ist die zweite dieser beiden Kammelektroden I-förmig ausgestaltet und befindet sich innerhalb des „U“ der ersten Kammelektrode. Die Kammelektroden mögen ein Edelmetall aufweisen, während ein dazwischenliegendes Material Feuchtigkeit aufnehmen kann und umso leitfähiger ist, je mehr Feuchtigkeit aufgenommen wurde. Das erste elektrische feuchtigkeitsabhängige Bauteil 15 reagiert vorzugsweise besonders empfindlich auf Kondensationswasser und kann daher auch als Kondensationssensor betrachtet werden.
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In dem zweiten Knotenpunkt 9 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel ein Standardmodul 27, welches ganz ähnlich wie das Feuchtigkeitsmodul aus 3 ausgestaltet ist. Allerdings weist das Standardmodul 27 in seinem Gehäuse 17 lediglich ein zweites elektrisches Bauelement 8 in Form eines ohmschen Widerstandes mit einem feststehenden, bekannten Widerstandswert auf, wodurch die feldseitigen Enden der dritten Ader 10 und der vierten Ader 11 miteinander verbunden sind. Hierdurch sind die beiden elektrischen Leitungen 13, 14 gegenüber dem Messgerät 7 mit Hilfe des zweiten elektrischen Bauelementes 8 in Reihe geschaltet worden. Demgegenüber sind das erste elektrische feuchtigkeitsabhängige Bauteil 15, das erste elektrische Bauelement 1 sowie das zweite elektrische Bauelement 8 parallel zu dem Messgerät 7 geschaltet.
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Die Adern 3, 4, 10, 11 sowie das Feuchtigkeitsmodul 26 und das Standardmodul 27 bilden eine Linie 19, welche mit Hilfe des Messgerätes 7 vermessen werden kann. Die Haupteinheit 18 dieses Ausführungsbeispiels ist so ausgebildet, dass sie mit einer Vielzahl an weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Linien verbunden werden kann. Hierzu weist die Haupteinheit 18 vorteilhafterweise entsprechende Aderweichen auf, um das Messgerät 7 mit der jeweils zu vermessenden Linie zu verbinden. In der in 2 dargestellten Situation ist das Messgerät 7 mit der ersten Ader 3 und der zweiten Ader 4 verbunden, so dass ein Linienwiderstand zwischen Messkontakten 28 ermittelt wird. Darüber hinaus umfasst die Haupteinheit 18 aber noch eine oder mehrere weitere Aderweichen, so dass insbesondere ein Isolationswiderstand 33 zwischen der ersten Ader 3 und der Erde 22 sowie ein Isolationswiderstand 34 zwischen der zweiten elektrischen Leitung 14 und der Erde 22 ermittelbar ist, siehe 2.
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Das erste Bauelement 1 sowie das zweite Bauelement 8 weisen in diesem Ausführungsbeispiel einen Widerstandswert von 10 MΩ auf. In einer ersten Messung wird eine erste Polarität so gewählt, dass der erste Baustein 16 sperrt. Sofern die Adern 3, 4, 10, 11 nicht beeinträchtigt sind, liegt der Linienwiderstand aufgrund der Parallelschaltung des ersten Bauelementes 1 mit dem zweiten Bauelement 8 bei 5 MΩ. Wären weitere Knotenpunkte ebenfalls mit 10 MΩ-Bauelementen versehen, so läge der Linienwiderstand im Falle von drei Knotenpunkten bei 3,3 MΩ, im Falle von vier Knotenpunkten bei 2,5 MΩ usw. Vorteilhafterweise aber ist eine Linie auf höchstens fünf Knotenpunkte begrenzt.
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Stellt sich bei der Messung mit der ersten Polarität heraus, dass der Linienwiderstand größer ist als der Sollwert, so liegt vermutlich eine Leitungsunterbrechung vor. Wenn das Messgerät 7 beispielsweise im Falle der Situation aus 2 bei der Messung mit der ersten Polarität einen Linienwiderstand von 10 MΩ ermittelt, so ist zu vermuten, dass entweder die dritte Ader 10 oder die vierte Ader 11 und damit in jedem Falle das zweite Signalkabel 12 betroffen ist. In diesem Falle muss ein Techniker lediglich den Linienabschnitt des zweiten Signalkabels 12 auf Leitungsunterbrechung überprüfen. Aufgrund dieser Lokalisierung wird ein erheblicher Aufwand gespart, weil der Techniker nicht auch noch das erste Signalkabel 6 überprüfen muss. Dabei ist zu bemerken, dass die Längen der Signalkabel 6, 12 typischerweise dutzende bis hunderte Meter lang sind.
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Stellt sich hingegen bei der ersten Messung mit der ersten Polarität heraus, dass der Linienwiderstand geringer ist als der Sollwert dieses Ausführungsbeispiels in Höhe von 5 MΩ, so kann ein erster Isolationswiderstand 31 und/oder ein zweiter Isolationswiderstand 32 (siehe 2) hinzugetreten sein. Dies bedeutet, dass die Isolation zwischen der ersten Ader 3 und der zweiten Ader 4 bzw. der dritten Ader 10 und vierten Ader 11 nicht mehr so leistungsfähig wie ursprünglich verlegt ist. Der erste Isolationswiderstand 31 und der zweite Isolationswiderstand 32 sind letztlich parasitäre Widerstände, welche häufig aufgrund von Leckströmen durch Wassereintritt in die Signalkabel 6, 12 bzw. Knotenpunkte 2, 9 entstehen. Der Wassereintritt erfolgt häufig zunächst in den Knotenpunkten 2, 9 sowie auch in den hier nicht dargestellten Kabelmuffen, welche zwei Signalkabel ohne Verzweigung miteinander verbinden.
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In einer zweiten Messung mit umgekehrter Polarität sperrt der erste Baustein 16 nicht mehr, so dass insbesondere auch das erste feuchtigkeitsabhängige Bauteil 15 von Strom durchflossen wird. Dies hat eine Änderung des Linienwiderstandes zur Folge, so dass in Kenntnis des zuvor gemessenen Linienwiderstandes bei sperrendem Baustein 16 der Widerstandswert des ersten feuchtigkeitsabhängigen Bauteiles 15 berechnet werden kann. Der so berechnete Widerstandswert kann wiederum einer Luftfeuchtigkeit innerhalb des Knotenpunktes 2 zugeordnet werden. Steigt die Luftfeuchtigkeit innerhalb des Mikroklimas des Knotenpunktes 2 über einen empirisch festgelegten Grenzwert, beispielsweise 50 %, und tritt diese erhöhte Luftfeuchtigkeit regelmäßig nach von dem Niederschlagsensor 20 ermittelten Niederschlag ein, so empfiehlt sich eine unterjährige Überprüfung des Knotenpunktes 2. Beispielsweise kann die Dichtung des Knotenpunktes 2 zu erneuern sein. Ist hingegen die über das erste feuchtigkeitsabhängige Bauteil 15 gemessene Feuchtigkeit innerhalb des Knotenpunktes 2 so groß, dass hiermit eine Verringerung des Linienwiderstandes zeitlich zusammenfällt, so wird vermutlich der Isolationswert bzw. Linienwiderstand über feuchte Klemmleisten im Inneren des Knotenpunktes 2 beeinträchtigt. Dann empfiehlt sich eine schnellstmögliche Instandsetzung des Knotenpunktes 2. Korreliert der Linienwiderstand zeitlich mit dem Niederschlag und nimmt dabei um, beispielsweise, mehr als 10 % ab, so empfiehlt sich eine sofortige Instandsetzung des betroffenen Knotenpunktes 2.
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Über die bereits erwähnte Aderweiche können insbesondere auch die Isolationswiderstände 33 und 34 ermittelt werden. Weil der Isolationswiderstand 33 der Summe aus dem Linienwiderstand zwischen den Messkontakten 28 und dem Isolationswiderstand 34 entspricht, kann über eine entsprechende Differenzrechnung ermittelt werden, ob eher die erste Leitung 13 oder eher die zweite Leitung 14 betroffen ist, was die Fehlersuche noch weiter erleichtert. Beispielsweise kann es sein, dass die entsprechenden Anschlusskontakte 35 der ersten Leitung 13 mit Feuchtigkeit benetzt bzw. oxidiert bzw. verschmutzt sind, so dass in Kenntnis der betroffenen Leitung 13, 14 vor allem die dazugehörigen Anschlusskontakte 35 untersucht werden müssen.
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Neben den kurzfristigen Veränderungen des jeweiligen Linienwiderstandes, beispielsweise aufgrund von Niederschlag, kann insbesondere auch eine langfristige Tendenz des jeweiligen Linienwiderstandes Aufschluss über die jeweilige Linie geben. So kann beispielsweise ein vergleichsweise langsames Abfallen des Linienwiderstandes auf einen Wassereintritt in ein Signalkabel 6, 12 hindeuten. Anhand dieser Tendenz kann abschätzbar sein, wie lange dieses Signalkabel noch verwendbar ist. Der sehr aufwändige Austausch des Signalkabels kann dadurch lange im Voraus geplant werden, was den Aufwand etwas verringern kann.
