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Die Erfindung betrifft eine Zugkommunikationseinrichtung zum Übertragen wenigstens eines Datensignals von einem ersten Fahrzeug eines Zuges kabellos zu einem benachbarten zweiten Fahrzeug des Zuges, mit wenigstens einer Sendeeinrichtung für das Datensignal, die zum Anordnen im ersten Fahrzeug ausgestaltet ist, und mit wenigstens einer Empfangseinrichtung für das Datensignal, die zum Anordnen im zweiten Fahrzeug ausgestaltet ist.
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Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kommunikationsverfahren zum Übertragen wenigstens eines Datensignals von einem ersten Fahrzeug eines Zuges kabellos zu einem benachbarten zweiten Fahrzeug des Zuges, bei dem das Datensignal von wenigstens einer Sendeeinrichtung im ersten Fahrzeug gesendet wird und bei dem das Datensignal von wenigstens einer Empfangseinrichtung am zweiten Fahrzeug empfangen wird.
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Ein Zug umfasst üblicherweise mehrere aneinander gekuppelte Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, und fährt auf den Fahrstrecken eines Eisenbahnsystems. Bei modernen Zügen, insbesondere im Personenverkehr, ist es notwendig, dass bestimmte Datensignale im gesamten Zug und damit zwischen den Fahrzeugen des Zuges ausgetauscht werden. Bei neuen und modernen Zügen wird dies häufig über die Kupplung zwischen den Fahrzeugen realisiert. Dies kann beispielsweise durch eine in der Kupplung vorhandene Datenschnittstelle oder eine in der Kupplung realisierten Stromversorgung, über die die Daten per sogenannter Powerline-Kommunikation übertragen werden. Eine solche Datenübertragung innerhalb von fahrzeuginternen Datennetzwerken kann beispielsweise per Multi Vehicle Bus (MVB), Wire Train Bus (WTB) oder per Ethernet erfolgen.
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Bei der Nachrüstung von älteren Fahrzeugen kommt es aber vor, dass bei den vorhandenen Kupplungen keine Datenübertragung möglich ist, weil weder eine Datenschnittstelle noch eine für Powerline-Kommunikation nutzbare Stromversorgung realisiert sind. Ferner kann es sein, dass eine vorhandene Datenübertragung über die Kupplungen nicht ausreichend ist und eine zusätzliche Datenübertragungsmöglichkeit benötigt wird. Beim Nachrüsten oder Aufrüsten der Datenübertragungsmöglichkeit bei Bestandsfahrzeugen kann also einen erheblichen Aufwand bedeuten. Davon abgesehen kann auch die Datenübertragung über die Fahrzeugkupplung technisch komplex sein, so dass Alternativen vorteilhaft wären.
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Eine bekannte Alternative bietet eine funkbasierte Datenübertragung zwischen den Fahrzeugen. Dies hat aber den Nachteil, dass nicht immer sichergestellt werden kann, dass die Daten von dem richtigen, also dem benachbarten und angekuppelten Fahrzeug kommen. So können beispielsweise versehentlich Daten von einem Zug auf einen Nachbargleis übertragen werden oder auch innerhalb eines Zugs Daten von dem übernächsten oder noch weiter entfernten Fahrzeug, aber nicht von dem benachbarten.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zugkommunikationseinrichtung und ein Kommunikationsverfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine alternative Möglichkeit der Datenübertragung bieten.
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Für die eingangs genannte Zugkommunikationseinrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Sendeeinrichtung zum Senden des Datensignal in Form von Licht und die Empfangseinrichtung zum Empfangen des von der Sendeeinrichtung als Datensignal gesendeten Lichts ausgebildet sind.
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Für das eingangs genannte Kommunikationsverfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Datensignal in Form von Licht gesendet und empfangen wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass eine kontaktlose Datenübertragung ohne Drahtschnittstelle in der Fahrzeugkupplung auf einfache Weise möglich wird. Weiterhin ist die Datenübertragung per Licht zuverlässig und kann zielgerichtet zwischen benachbarten und gekuppelten Fahrzeugen des Zuges ausgebildet werden, so dass ungewollte Kommunikation ausgeschlossen werden kann.
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Die erfindungsgemäße Kommunikationseinrichtung kann auf einfache Weise auch in bereits vorhandenen Zügen bzw. deren Fahrzeugen nachgerüstet werden. Dafür wird die wenigstens eine Sendeeinrichtung in einem ersten Fahrzeug des Zuges angeordnet, die im Betrieb das Datensignal aussendet. Weiterhin wird die wenigstens eine Empfangseinrichtung für das Datensignal in dem benachbarten zweiten Fahrzeug des Zugs angeordnet, so dass diese das von der Sendeeinrichtung ausgesendete Datensignal im Betrieb empfängt. Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung der erfindungsgemäßen Zugkommunikationseinrichtung werden in den benachbarten ersten und zweiten Fahrzeugen des Zuges so positioniert, dass die Sendeinrichtung das Licht in Richtung der Empfangseinrichtung über die zwischen den Fahrzeugen befindliche Luftstrecke aussendet. Die Empfangseinrichtung kann das Datensignal auf diese Weise empfangen und an das fahrzeuginterne Kommunikationsnetz weitergeben. Die Sendeeinrichtung kann das Datensignal wiederum aus dem fahrzeuginternen Kommunikationsnetz entnehmen.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausgestaltung weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrieben sind.
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So kann die Sendeeinrichtung wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens eine mit der Lichtquelle verbundene Steuerungseinrichtung umfassen, wobei die Steuerungseinrichtung zum Steuern der Lichtquelle in Abhängigkeit vom Datensignal ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass durch die Aufteilung in Lichtquelle und Steuerungseinrichtung die Sendeeinrichtung auf einfache Weise realisiert werden kann. Als Lichtquelle können hierbei übliche Produkte wie beispielsweise LED oder ähnliches verwendet werden. Zum Steuern kann die Steuerungseinrichtung beispielsweise einen Versorgungsstrom für die Lichtquelle in Abhängigkeit vom Datensignal modulieren.
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Weiterhin kann die Lichtquelle so ausgestaltet sein, dass sie in ein Frontlicht oder Hecklicht des ersten Fahrzeugs integriert werden kann. Mit Frontlicht bzw. Hecklicht sind hier ein Spitzensignal bzw. Zugschlusssignal gemeint, also die üblichen Lichter, die an Schienenfahrzeugen vorgesehen sind, um beispielsweise am Ende des Zugs die Position des letzten Fahrzeugs anzuzeigen und insbesondere in der Fahrtrichtung am vorderen Ende den Fahrweg zu beleuchten. Hierbei können zum einen die in den Fahrzeugen vorhandene Lichtquellen entnommen und durch die Lichtquelle der Zugkommunikationseinrichtung ersetzt werden. Zum anderen können möglicherweise aber auch die bereits vorhandenen Lichtquellen als Lichtquelle für die Zugkommunikationseinrichtung weiterverwendet werden. In beiden Fällen kann das Frontlicht und/oder das Hecklicht für die Anordnung der Lichtquelle verwendet werden, die bereits für das Ausstrahlen von Licht ausgestaltet sind. Hierbei kann die Steuerungseinrichtung weiterhin dafür ausgebildet sein, die Lichtquelle sowohl in einem Datenübertragungsmodus als auch in einem Leuchtmodus zu steuern. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch die Lichtquelle sowohl für die erfindungsgemäße Datenübertragung verwendet werden kann, andererseits aber auch für das normale Leuchten an der Front oder am Heck des Zuges. An der Front und am Heck des Zuges sind keine weiteren Fahrzeuge gekuppelt und daher hier auch keine weitere Datenübertragung nötig. Vielmehr ist im Leuchtmodus eine Ausleuchtung des Fahrwegs bzw. ein Warnleuchten für folgende Fahrzeuge nötig.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Empfangseinrichtung wenigstens einen Lichtsensor und wenigstens eine mit dem Lichtsensor verbundene Auswerteeinrichtung zum Auswerten des vom Lichtsensor empfangenen Lichts. Dies hat den Vorteil, dass ein handelsüblicher Lichtsensor verwendet werden kann, dessen empfangenes Licht durch die verbundene Auswerteeinrichtung ausgewertet wird. Der Lichtsensor kann so ausgestaltet sein, dass er ähnlich wie auch schon die Lichtquelle wie oben geschrieben in ein Frontlicht oder Hecklicht des zweiten Fahrzeugs integriert werden kann. Dies hat den oben bereits beschriebenen Vorteil, dass eine bereits vorhandene sehr geeignete Position im Fahrzeug verwendet werden kann. Gegebenenfalls sind sogar die vorhandenen Lampen im Fahrzeug als Lichtsensoren verwendbar, wie dies beispielsweise bei LEDs möglich ist.
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Es sind auch kombinierte Einrichtungen denkbar, die sowohl als Sendeeinrichtung als auch als Empfangseinrichtung verwendet werden können. Da beispielsweise LEDs sowohl als Lichtquelle als auch als Lichtsensor verwendet werden können, ist dies möglich. Eine Steuerungseinrichtung kann auch für die Verwendung als Empfangseinrichtung ausgestaltet werden und umgekehrt.
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Um die erfindungsgemäße Zugkommunikationseinrichtung an die Anforderungen von unterschiedlichen Zügen anzupassen, können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung jeweils zum Senden bzw. Empfangen des Datensignal in Form von Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Bereich ausgebildet sein.
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Ferner können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung jeweils wenigstens eine LED als Lichtquelle bzw. als Lichtsensor aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass LEDs mittlerweile die Standard-Lichtquelle darstellen und kostengünstig verfügbar sind. Außerdem sind LEDs sowohl als Lichtquelle als auch als Lichtsensor verwendbar, so dass sie bei der erfindungsgemäßen Zugkommunikationseinrichtung sowohl für die Sendeeinrichtung als auch für die Empfangseinrichtung verwendbar sind. Hierdurch ist es beispielsweise in Altfahrzeugen auch möglich, dass vorhandene LEDs sowohl als Lichtquelle als auch als Lichtsensor verwendet werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin auch einen Zug mit wenigstens einem ersten Fahrzeug und wenigstens einem benachbarten zweiten Fahrzeug, das an das erste Fahrzeug gekuppelt ist, und mit wenigstens einer Zugkommunikationseinrichtung, die zum Übertragen wenigstens eines Datensignals vom ersten Fahrzeug kabellos zum zweiten Fahrzeug ausgestaltet ist. Um eine insbesondere für das Nachrüsten von Bestandsfahrzeugen vorteilhafte Zugkommunikationseinrichtung zu verwenden, kann diese nach einer der oben genannten Ausführungsformen ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Zuges können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung jeweils wenigstens teilweise in einem Frontlicht oder Hecklicht des ersten Fahrzeugs bzw. des zweiten Fahrzeugs integriert sein. Dies hat den oben bereits genannten Vorteil, dass die geeigneten Positionen in Altfahrzeugen verwendet werden können.
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Alternativ können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung jeweils wenigstens teilweise hinter einer Front-/Heckscheibe im Innenraum des ersten Fahrzeugs bzw. des zweiten Fahrzeugs angeordnet sind. Falls nicht das Frontlicht oder Hecklicht für die Sende- und Empfangseinrichtung genutzt werden können, bietet diese Ausführungsform ebenfalls eine gute Integrationsmöglichkeit in vorhandene Fahrzeuge.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beim Senden des Datensignals ein Versorgungsstrom einer Lichtquelle der Sendeeinrichtung in Abhängigkeit vom Datensignal moduliert werden. Dies hat den oben bereits beschriebenen Vorteil, dass das Lichtsignal auf einfache Weise zur Übertragung des Datensignals erzeugt werden kann.
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Ferner kann beim Empfangen des Datensignals das empfangene Licht wieder in elektrische Impulse wie Strom- oder Spannungsimpulse umgewandelt werden. Hierdurch wird das empfangene Lichtsignal wiederum in Signale umgewandelt, die in das Datennetzwerk des Fahrzeugs eingespeist werden können.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung für dieses Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Kommunikationsverfahrens ausgestattet ist. Die Bereitstellungsvorrichtung speichert das Computerprogrammprodukt und/oder stellt es bereit.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen und den darin enthaltenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zuges mit einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinrichtung in einer beispielhaften Ausführungsform in einer Draufsicht;
- 2 die beispielhafte Ausführungsform aus 1 in einer schematischen Darstellung in einer Seitenansicht;
- 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Fahrzeugs des Zugs aus den 1 und 2.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform in den 1-3 beschrieben.
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Ein Zug 1 in einem nicht weiter dargestellten Eisenbahnsystem umfasst wenigstens zwei Fahrzeuge 2, die über eine Kupplung 3 miteinander verbunden sind. Der Zug 1 mit seinen Fahrzeugen 2 kann beispielsweise eine U-Bahn, eine Straßenbahn, ein Regionalzug oder ein Fernverkehrszug sein. Der Zug kann alternativ aber auch ein Güterzug mit einer Lokomotive sein. Es sind hier der Einfachheit halber nur zwei aneinander gekuppelte Fahrzeuge dargestellt. Selbstverständlich kann der Zug auch mehrere Fahrzeuge aufweisen, wie es häufig der Fall ist.
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Der Zug 1 ist mit einer erfindungsgemäßen Zugkommunikationseinrichtung 4 ausgestattet, die Datensignale 5 zwischen den Fahrzeugen 2 überträgt. Die Zugkommunikationseinrichtung 4 kann in dem Zug 1 nachgerüstet worden sein oder auch von Anfang an bei der Herstellung des Zugs 1 eingebaut worden sein. Ansonsten weisen die Fahrzeuge 2 jeweils Drehgestelle 6, Kupplungselemente 7, Front- bzw. Heckscheiben 8 und Signallampen 9 am Heck bzw. an der Front jedes Fahrzeugs 2 auf. Die Lampen 9 können sowohl als Zugschlusssignal oder auch als Spitzensignal, das man auch als Frontscheinwerfer bezeichnen könnte, ausgestaltet sein.
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Die Zugkommunikationseinrichtung 4 umfasst in der beispielhaften Ausführungsform der 1-3 eine Sendeeinrichtung 10 und eine Empfangseinrichtung 11. Bei mehr als zwei Fahrzeugen 2 würde sich die Anzahl entsprechend erhöhen. Im Betrieb des Zuges 1 sendet die Sendeeinrichtung 10 das Datensignal 5 in Form von Licht über eine Luftstrecke 12 zwischen den Fahrzeugen 2 in Richtung der im anderen Fahrzeug 2 angeordneten Empfangseinrichtung 11. Die Sendeeinrichtung 10 umfasst hierfür wenigstens eine Lichtquelle 13 und eine mit der Lichtquelle 13 verbundene Steuerungseinrichtung 14. Die Empfangseinrichtung 11 umfasst wiederum wenigstens einen Lichtsensor 15 und eine mit dem Lichtsensor 15 verbundene Auswerteeinrichtung 16.
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Die Fahrzeuge 2 weisen außerdem je ein fahrzeugseitiges Datennetzwerk 17 auf, das jeweils mit der Sendeeinrichtung 10 bzw. der Empfangseinrichtung 11 verbunden ist. Das oder die zwischen den Fahrzeugen 2 zu übertragenden Datensignale 5 werden der Sendeeinrichtung 10 aus dem Datennetzwerk 17 übermittelt.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Kommunikationsverfahren, das mittels der erfindungsgemäßen Zugkommunikationseinrichtung 4 Datensignale 5 zwischen den Fahrzeugen 2 übermittelt, beschrieben.
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Wie oben bereits beschrieben, werden vom Datennetzwerk 17 die Daten für das Datensignal 5 an die Sendeeinrichtung 10 übermittelt. Zur einfacheren Bezeichnung der beiden Fahrzeuge 2 wird im Folgenden das in den 1 und 2 auf der linken Seite dargestellte Fahrzeug 2 mit den Bezugszeichen 2a und das auf der rechten Seite dargestellte Fahrzeug 2b bezeichnet. Die Steuerungseinrichtung 14 steuert eine der Lichtquellen 13 in Abhängigkeit vom Datensignal 5 so an, dass die Lichtquelle 13 solches Licht aussendet, in dem das Datensignal 5 kodiert ist. Bei der Ausführungsform in den Figuren sind zwei Lichtquellen 13 vorhanden, die an die Steuerungseinrichtung 14 angeschlossen sind. Diese können entweder das gleiche Datensignal 5 aussenden oder aber auch ein anderes. Entsprechend werden die Lichtquellen 13 entweder gleich oder unterschiedlich von der Steuerungseinrichtung 14 angesteuert.
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Die Lichtquellen 13 sind hier als LED-Lichtquellen ausgebildet, die Licht im sichtbaren Bereich aussenden. Alternativ sind für die erfindungsgemäße Zugkommunikationseinrichtung 4 auch andere Lichtquellen möglich oder auch LEDs, die Licht im nicht sichtbaren Bereich aussenden.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform in den Figuren sind die Lichtquellen 13 in den Fahrzeuglampen 9 des Fahrzeugs 2 integriert. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Umrüstung von Bestandsfahrzeugen auf eine neue Zugkommunikationseinrichtung 4. Die Lichtquellen 13 sind jeweils so im Fahrzeug 2a positioniert, dass das Licht in Richtung des Fahrzeugs 2b und insbesondere zu den entsprechenden gegenüberliegenden Lichtsensoren 15 ausgesendet wird.
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Am Fahrzeug 2b empfangen die Lichtsensoren 15 das von den Lichtquellen 13 ausgesendete Licht mit dem darin kodierten Datensignal 5. Die Kodierung des Datensignals 5 in dem ausgesendeten Licht kann beispielsweise durch eine Modulation des Versorgungsstroms der Lichtquellen 13 geschehen oder alternativ auch durch eine Änderung der Sendefrequenzen.
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Die Lichtsensoren 15 sind mit der Auswerteeinrichtung 16 verbunden, die zum Auswerten des von den Lichtsensoren 15 empfangenen Lichts ausgebildet ist. Die Lichtsensoren 15 werden von der Auswerteeinrichtung 16 selbstverständlich separat ausgewertet, so dass diese auch unterschiedliche Datensignale 5 empfangen können. Die Auswerteeinrichtung 16 ist wiederum mit dem Datennetzwerk 17 im Fahrzeug 2b verbunden und speist das empfangene Datensignal 5 in das Datennetzwerk 17 ein. Die Auswerteeinrichtung 16 entschlüsselt das Datensignal 5 aus dem empfangenen Licht und wandelt es in ein Signal um, das im Datennetzwerk 17 verwendet wird, z.B. ein Stromsignal.
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Die Lichtsensoren 15 sind bei der beispielhaften Ausführungsform in den Figuren ebenfalls als LED-Lichtquellen so wie die Lichtquellen 13 ausgebildet. LEDs haben den Vorteil, dass sie sowohl als Lichtquelle als auch als Lichtsensoren eingesetzt werden können. Dies hat den Vorteil, dass die im Fahrzeug 2 bereits vorhandenen LEDs auch als Lichtsensoren 15 verwendet werden können. Alternativ können selbstverständlich auch neue LEDs oder andere Lichtsensoren 15 eingesetzt werden.
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Um eine Kommunikation auch in der Gegenrichtung, d. h. eine Übertragung des Datensignals 5 von dem Fahrzeug 2b an das Fahrzeug 2a, realisieren zu können, weist auch das Fahrzeug 2b eine Sendeeinrichtung 10 und das Fahrzeug 2a eine Empfangseinrichtung 11 auf. Hierfür sind die Steuerungseinrichtungen 14 und die Auswerteeinrichtung 16 bei der Ausführungsform in den Figuren in einer kombinierten Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 18 integriert.
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Der Zug 1 umfasst in der beispielhaften Ausführungsform in den Figuren außerdem eine über die Kupplung 3 realisierte Stromleitung 19. Durch die erfindungsgemäße Zugkommunikationseinrichtung 4 wird diese aber nicht für eine Datenkommunikation genutzt, wie dies beispielsweise im Stand der Technik per Powerline-Kommunikation realisiert ist. Aus den Kupplungselementen 7 der Fahrzeuge 2 wird die Kupplung 3 zusammengesetzt, durch die die Fahrzeuge 2 miteinander verbunden sind.
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Bei der in den Figuren darstellten beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zugkommunikationseinrichtung 4 sind die Lichtquellen 13 und Lichtsensoren 15 in den Fahrzeuglampen 9 der Fahrzeuge 2 integriert. Dies hat den Vorteil, dass sich diese Orte hierfür besonders gut eignen, weil sie für den Einbau von Lichtquellen vorgesehen sind. So ist hier ein ungehindertes Abstrahlen des Lichts bzw. Empfangen des Lichts möglich, weil die Fahrzeuglampen 9 beispielsweise mit einem lichtdurchlässigen Kunststoff nach außen abgedeckt sind. Dadurch ist gleichzeitig auch die Witterungsbeständigkeit gegeben. Alternativ können die Lichtquelle 13 und der Lichtsensor 15 der erfindungsgemäßen Zugkommunikationseinrichtung 4 aber auch beispielsweise hinter der Front-/Heckscheibe 8 des Fahrzeugs 2 positioniert werden.
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Eine mögliche Verdeckung der Lichtquellen 13 bzw. der Lichtsensoren 15, beispielsweise durch Schnee im Betrieb des Zuges 1, ist bei der erfindungsgemäßen Zugkommunikationseinrichtung 4 vernachlässigbar. Der Abstand zwischen der Lichtquelle 13 und dem Lichtsensor 15 im eingebauten Zustand in den Fahrzeugen 2 ist nämlich klein genug, dass die Lichtabdeckung auch bei Schneeeinfluss für die Datenübertragung ausreichend ist.
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In 3 sind die unterschiedlichen Positionen von Fahrzeuglampen 9 am Fahrzeug 2 ersichtlich. Besonders gut können die Fahrzeuglampen 9 benutzt werden, die beim benachbarten Fahrzeug 2 ebenfalls in gleicher Position vorhanden sind. Wie schon erwähnt können die unterschiedlichen Fahrzeuglampen 9 auch für unterschiedliche Datensignale 5 verwendet werden. So kann beispielsweise die oben am Fahrzeug 2 in der Mitte angeordnete Fahrzeuglampe 9 für eine unterschiedliche Signalübertragung genutzt werden als die übrigen Fahrzeuglampen 9, beispielsweise für ein Datensignal 5 zur Kontrolle der Zugvollständigkeit.
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Weiterhin kann die erfindungsgemäße Zugkommunikationseinrichtung 4 so mit einer Fahrzeugsteuerung verbunden sein, dass eine sichere Reaktion wie beispielsweise die Aktivierung der Notbremse erfolgt, falls keine oder eine fehlerhafte Datenübertragung stattfindet. Dies ist selbstverständlich nur dann notwendig, wenn diese Datenübertragung für den sichere Betrieb des Fahrzeugs 2 notwendig ist.
