DE102022203117A1

DE102022203117A1 - Eisenbahngleisanlage und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102022203117A1
Application number: DE102022203117.2A
Authority: DE
Inventors: Malte Hammerl; Bernd Waldmann
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-10-05
Also published as: WO2023186787A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs (10, 10a) in einem Anlagenabschnitt (20) einer Eisenbahngleisanlage (30). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass örtlich im Bereich des Anlagenabschnitts (20) zumindest ein vom Wetter beeinflusster Messwert (M, M(Fx1), M(Fx2)) erfasst wird und unter Heranziehung dieses Messwerts (M, M(Fx1), M(Fx2)) eine wetterabhängige Reibungsangabe (R) gebildet wird, die die Reibungsverhältnisse zwischen Rad (43) und Schiene (44) in dem Anlagenabschnitt (20) bei den jeweiligen Wetterbedingungen (WB) beschreibt, und der Betrieb des Schienenfahrzeugs (10, 10a) in dem Anlagenabschnitt (20) unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Reibungsangabe (R) erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs in einem Anlagenabschnitt einer Eisenbahngleisanlage.
Für Nahverkehrssysteme mit dichtem Zugverkehr hat sich das CBTC (Communication-based train control)-Zugsicherungssystem etabliert. Für den an Bord eines Zuges installierten Teil des CBTC-Systems wird klassischerweise eine garantierte Notbrems-Verzögerungsrate GEBR (GEBR: Guaranteed Emergency Brake Rate) definiert. Hierfür legen Hersteller des Zuges und Nahverkehrsbetreiber die Bremsparameter des Zuges für ein worstcase-Szenario zugrunde. Dieser Wert wird dann dem CBTC-Hersteller zur Programmierung seiner CBTC-Onboard-Unit übergeben.
Beispielsweise wird ein Zug, der nominell eine Bremsverzögerungsrate von 1,3 m/s² erreicht, auf Streckenabschnitten außerhalb von Tunneln mit einer GEBR von 0,75 m/s² betrieben und auf Streckenabschnitten im Tunnel mit einer GEBR von 0,85 m/s².
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs in einem Anlagenabschnitt einer Eisenbahngleisanlage anzugeben, das eine besonders dichte Zugfolge und ein besonders spätes Bremsen vor Halte- oder Gefahrenstellen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass örtlich im Bereich des Anlagenabschnitts zumindest ein vom Wetter beeinflusster Messwert erfasst wird und unter Heranziehung dieses Messwerts eine wetterabhängige Reibungsangabe gebildet wird, die die Reibungsverhältnisse zwischen Rad und Schiene in dem Anlagenabschnitt bei den jeweiligen Wetterbedingungen beschreibt, und der Betrieb des Schienenfahrzeugs in dem Anlagenabschnitt unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Reibungsangabe erfolgt.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass für den genannten Anlagen- bzw. Gleisabschnitt aufgrund der für diesen gemessenen wetterabhängigen Reibungsangabe eine besonders realitätsnahe Schätzung der tatsächlichen Fahrverhältnisse möglich ist und beispielsweise für den Fahrbetrieb in diesem Anlagenabschnitt anlagenabschnittsindividuell eine wetterabhängige Bremsverzögerungsrate zugrunde gelegt werden kann.
Vorteilhaft ist es, wenn mit einer örtlich im Bereich des Anlagenabschnitts angeordneten Messeinrichtung als der zumindest eine vom Wetter beeinflusste Messwert eine Kraftangabe erfasst wird. Die Messeinrichtung ist also vorzugsweise eine Kraftmesseinrichtung.
Vorteilhaft ist es, wenn die Reibungsangabe eine Haftreibungsangabe ist, die die Haftreibung zwischen Rad und Schiene in dem Anlagenabschnitt beschreibt. Die Haftreibungsangabe ist vorzugsweise ein Haftreibbeiwert oder ein Haftreibungskoeffizient.
Auch ist es vorteilhaft, wenn - wie bereits oben angesprochen - mit der Reibungsangabe eine wetterabhängige Bremsverzögerungsrate ermittelt wird und der Betrieb des Schienenfahrzeugs in dem Anlagenabschnitt unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Bremsverzögerungsrate erfolgt.
Mit Blick auf eine möglichst einfache Bestimmung der Reibungsangabe wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zur Bildung der Reibungsangabe zumindest zwei in mechanischem Kontakt stehende Teile relativ zueinander bewegt werden und die zur Relativbewegung aufzubringende Kraft unter Bildung einer Kraftangabe, die den zumindest einen vom Wetter beeinflussten Messwert bildet, gemessen wird und die Reibungsangabe unter Heranziehung der Kraftangabe errechnet wird.
Die oben erwähnte örtlich im Bereich des Anlagenabschnitts angeordnete Kraftmesseinrichtung umfasst also vorzugsweise zumindest zwei in mechanischem Kontakt stehende Teile, die sie relativ zueinander bewegt, um die zur Relativbewegung aufzubringende Kraft unter Bildung der Kraftangabe zu messen und die Reibungsangabe unter Heranziehung der Kraftangabe zu errechnen.
Um zu gewährleisten, dass die Reibungsangabe die Reibungsverhältnisse auf der Schiene möglichst genau wiedergibt, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die zwei Teile denselben Umwelt- und Wetterbedingungen ausgesetzt sind wie der Anlagenabschnitt.
Die zwei Teile, die als Teile der Messeinrichtung zur Messung des vom Wetter beeinflussten Messwerts herangezogen werden, sind vorzugsweise Metallteile, insbesondere Stahlteile. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eines der zwei Metallteile eine Schiene aus demselben Metall (z. B. Stahl) wie die Schienen im Anlagenabschnitt und das andere der zwei Teile ein Rad aus demselben Metall (z. B. Stahl) wie die Räder des Schienenfahrzeugs ist.
Die Schiene und das Rad, die als Teile der Messeinrichtung zur Messung des vom Wetter beeinflussten Messwerts herangezogen werden, sind vorzugsweise maßstäblich verkleinerte Versionen der Schienen der Eisenbahngleisanlage und der Räder des Schienenfahrzeugs.
Die Erfassung des zumindest einen Messwerts wird vorzugsweise regelmäßig oder unregelmäßig wiederholt und die wetterabhängige Reibungsangabe wird vorzugsweise regelmäßig oder unregelmäßig aktualisiert.
Bei der Bildung oder Aktualisierung der wetterabhängigen Reibungsangabe werden bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens mehrere zeitlich zuvor erfasste Messwerte herangezogen, wobei eine Mittelung, Glättung und/oder Filterung der zeitlich zuvor erfassten Messwerte und des aktuellen Messwerts durchgeführt wird.
Der Betrieb des Schienenfahrzeugs erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung der jeweils letzten aktualisierten wetterabhängigen Reibungsangabe.
Nach der Bildung oder Aktualisierung der wetterabhängigen Reibungsangabe wird vorzugsweise eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt, und eine unplausible Reibungsangabe bleibt vorzugsweise unberücksichtigt.
Bezüglich des Betriebs des Schienenfahrzeugs im Anlagenabschnitt wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Mindestabstand zwischen dem Schienenfahrzeug und einem vorausfahrenden Schienenfahrzeug unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Reibungsangabe ermittelt wird.
Bezüglich des Betriebs des Schienenfahrzeugs im Anlagenabschnitt wird es darüber hinaus als vorteilhaft angesehen, wenn Bremsvorgänge des Schienenfahrzeugs innerhalb des Anlagenabschnitts unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Reibungsangabe gesteuert werden.
Mit Blick auf hohe Sicherheitsanforderungen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der zumindest eine vom Wetter beeinflusste Messwert mit einer redundant arbeitenden Messeinrichtung erfasst wird.
Mit Blick auf hohe Sicherheitsanforderungen wird es außerdem als vorteilhaft angesehen, wenn die wetterabhängige Reibungsangabe mit einer redundant arbeitenden Auswerteinrichtung gebildet wird.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Eisenbahngleisanlage. Erfindungsgemäß ist bezüglich der Eisenbahngleisanlage vorgesehen, dass örtlich im Bereich eines Anlagenabschnitts der Eisenbahngleisanlage eine Messeinrichtung vorhanden ist, die zumindest einen vom Wetter beeinflussten Messwert erfasst. Außerdem ist eine streckenseitige Übertragungseinrichtung vorhanden, die den vom Wetter beeinflussten Messwert, eine mit dem Messwert berechnete wetterabhängige Reibungsangabe und/oder eine davon abgeleitete andere Angabe, insbesondere eine wetterabhängige Bremsverzögerungsrate, zu einem auf den Anlagenabschnitt zufahrenden oder in diesem bereits fahrenden Schienenfahrzeug übermittelt.
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Eisenbahngleisanlage und deren vorteilhafter Ausgestaltungen sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen vorteilhafter Ausgestaltungen verwiesen.
Vorteilhaft ist es, wenn die örtlich im Bereich des Anlagenabschnitts angeordnete Messeinrichtung eine Kraftmesseinrichtung ist, die als den zumindest einen vom Wetter beeinflussten Messwert eine Kraftangabe erfasst. Die Kraftmesseinrichtung weist vorzugsweise zumindest zwei in mechanischem Kontakt stehende Teile auf, die sie relativ zueinander bewegt, wobei sie die zur Relativbewegung aufzubringende Kraft unter Bildung einer Kraftangabe, die den zumindest einen vom Wetter beeinflussten Messwert bildet, misst.
Vorteilhaft ist es, wenn die Eisenbahngleisanlage außerdem eine streckenseitige Auswerteinrichtung aufweist, die unter Heranziehung des zumindest einen Messwerts die wetterabhängige Reibungsangabe und/oder die davon abgeleitete andere Angabe bildet, die die Reibungsverhältnisse zwischen Rad und Schiene in dem Anlagenabschnitt bei den jeweiligen Wetterbedingungen beschreiben.
Ist die streckenseitige Auswerteinrichtung nicht vorhanden, so sind vorzugsweise die Schienenfahrzeuge, die die Eisenbahngleisanlage befahren, jeweils mit einer fahrzeugseitigen Auswerteinrichtung ausgestattet. Eine solche fahrzeugseitige Auswerteinrichtung empfängt vorzugsweise von der streckenseitigen Übertragungseinrichtung den vom Wetter beeinflussten Messwert und berechnet damit selbst die wetterabhängige Reibungsangabe oder eine davon abgeleitete andere Angabe, insbesondere eine wetterabhängige Bremsverzögerungsrate.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Schienenfahrzeug. Erfindungsgemäß ist bezüglich des Schienenfahrzeugs vorgesehen, dass dieses eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines vom Wetter beeinflussten Messwerts, einer wetterabhängigen Reibungsangabe, die die Reibungsverhältnisse zwischen Rad und Schiene in einem Anlagenabschnitt bei den jeweiligen Wetterbedingungen beschreibt, oder einer davon abgeleiteten Angabe aufweist. Außerdem weist das Schienenfahrzeug eine Fahrzeugsteuereinrichtung auf, die den Betrieb des Schienenfahrzeugs in dem Anlagenabschnitt unter Berücksichtigung des vom Wetter beeinflussten Messwerts, der wetterabhängigen Reibungsangabe oder der davon abgeleiteten Angabe durchführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft

1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Eisenbahngleisanlage mit einem Anlagenabschnitt, der eine Messeinrichtung zum Messen wetterabhängiger Messwerte, eine Auswerteinrichtung zum Bilden wetterabhängiger Reibungsangaben und eine streckenseitige Übertragungseinrichtung zum Übermitteln der Reibungsangabe zu einem Schienenfahrzeug aufweist,
2-7 Ausführungsbeispiele für Messeinrichtungen zum Messen der wetterabhängigen Messwerte und Auswerteinrichtungen zum Bilden der wetterabhängigen Reibungsangaben, und
8 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Eisenbahngleisanlage mit einem Anlagenabschnitt, der eine Messeinrichtung zum Messen wetterabhängiger Messwerte und eine streckenseitige Übertragungseinrichtung zum Übermitteln der wetterabhängigen Messwerte zu einem Schienenfahrzeug aufweist, wobei eine Auswerteinrichtung, die zum Bilden wetterabhängiger Reibungsangaben geeignet ist, fahrzeugseitig vorgesehen ist.

In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug 10 während einer Fahrt entlang einer Fahrtrichtung P auf einem Anlagenabschnitt 20 einer nicht weiter im Detail dargestellten Eisenbahngleisanlage 30. Der Anlagenabschnitt 20 kann auch als Gleisabschnitt bezeichnet werden.
Das Schienenfahrzeug 10 ist mit einer Empfangseinrichtung 11 ausgestattet, die ein Empfangen einer wetterabhängigen Reibungsangabe R, die die Reibungsverhältnisse zwischen Rad und Schiene in dem Anlagenabschnitt 20 bei den jeweils dort herrschenden Wetterbedingungen WB beschreibt, und/oder einer von der Reibungsangabe R abgeleiteten Angabe Ra erlaubt.
Darüber hinaus ist das Schienenfahrzeug 10 mit einer Fahrzeugsteuereinrichtung 12 ausgestattet, die mit der Empfangseinrichtung 11 in Verbindung steht und den Betrieb des Schienenfahrzeugs 10 unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Reibungsangabe R und/oder der davon abgeleiteten Angabe Ra steuert. Bei der abgeleiteten Angabe Ra kann es sich beispielsweise um eine Bremsverzögerungsrate, insbesondere um die eingangs erwähnte Notbrems-Verzögerungsrate GEBR, handeln.
Um dem Schienenfahrzeug die wetterabhängige Reibungsangabe R und/oder die davon abgeleitete Angabe Ra übertragen zu können, ist die Eisenbahngleisanlage 30 örtlich im Bereich des Anlagenabschnitts 20 mit einer Messeinrichtung 40 ausgestattet, die zumindest einen vom Wetter im Bereich des Anlagenabschnitts 20 beeinflussten Messwert M erfasst. Wie weiter unten noch anhand von Beispielen näher erläutert wird, handelt es sich bei den Messwerten M vorzugsweise um Kraftangaben.
Die Messeinrichtung 40 steht mit einer streckenseitigen Auswerteinrichtung 50 in Verbindung, die unter Heranziehung dieses zumindest einen Messwerts M die wetterabhängige Reibungsangabe R bildet. Die Auswerteinrichtung 50 kann mit der Reibungsangabe R darüber hinaus die erwähnte abgeleitete Angabe Ra bilden.
Die Auswerteinrichtung 50 ist ausgangsseitig mit einer streckenseitigen Übertragungseinrichtung 60 verbunden, die die wetterabhängige Reibungsangabe R und/oder die davon abgeleitete Angabe Ra zu auf den Anlagenabschnitt 20 zufahrenden oder auf diesem bereits fahrenden Schienenfahrzeugen, also dem bereits erwähnten Schienenfahrzeug 10 und etwaig anderen dort vorhandenen Schienenfahrzeugen, wie beispielsweise einem vorausfahrenden Schienenfahrzeug 10a, übermittelt.
Die Reibungsangabe R ist vorzugsweise eine Haftreibungsangabe, die die Haftreibung zwischen Rad und Schiene in dem Anlagenabschnitt 20 beschreibt. Die Haftreibungsangabe kann beispielsweise ein Haftreibbeiwert oder ein Haftreibungskoeffizient sein oder diesen umfassen.
Die Auswerteinrichtung 50 ist vorzugsweise dazu ausgestaltet, mit der Reibungsangabe R eine wetterabhängige Bremsverzögerungsrate zu ermitteln. Die wetterabhängige Bremsverzögerungsrate kann als die genannte abgeleitete Angabe Ra oder als eine der abgeleiteten Angaben Ra an die Schienenfahrzeuge 10 und 10a in dem Anlagenabschnitt 20 übermittelt werden, damit deren Fahrzeugsteuerung unter Berücksichtigung der jeweiligen Wetterbedingungen WB erfolgen kann.
Beispielsweise kann das Schienenfahrzeug 10 seinen geschwindigkeitsabhängigen Mindestabstand A zu dem vorausfahrenden Schienenfahrzeug 10a unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Reibungsangabe R und/oder der daraus abgeleiteten Angabe Ra errechnen und diesen Mindestabstand A durch entsprechende Fahrzeugsteuerung einhalten, wie beispielhaft in der 1 angedeutet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann das Schienenfahrzeug 10 unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Reibungsangabe R und/oder der daraus abgeleiteten Angabe Ra einen Bremspunkt BP berechnen, zu dem - je nach Wetter - ein Bremsen spätestens eingeleitet werden muss, wenn ein Halten an oder vor einer Halte- oder Gefahrenstelle, die in der 1 mit dem Bezugszeichen HS markiert ist, sichergestellt werden soll.
Um zu gewährleisten, dass die Reibungsangabe R und/oder die daraus abgeleitete Angabe Ra die Schnittstelle zwischen Rad und Schiene im Gleisabschnitt 20 zutreffend charakterisiert, wird die Messeinrichtung 40 vorzugsweise denselben Umwelt- und Wetterbedingungen WB ausgesetzt wie der Gleisabschnitt 20, wie durch Wolken und Regen in 1 angedeutet ist. Dies gewährleistet, dass die Schienen und die Messeinrichtung 40 mit ähnlichen Schmutz-, Laub-, Schnee- und Feuchtigkeitsbelägen versehen werden.
Um möglichst genaue Reibungsangaben zu erhalten, sollte die Messeinrichtung 40 - zumindest in Europa - nicht weiter als ca. 100 Meter (vorzugsweise nicht weiter als 10 Meter) von dem jeweils zugeordneten Gleis des Anlagenabschnitts (Gleisabschnitts) 20 entfernt sein; auch sollten die Messwerte zumindest alle 10 Minuten aktualisiert werden. In anderen Regionen der Welt, beispielsweise in Wüstenregionen, mit größeren Abschnitten konstanter Wetterverhältnisse können größere räumliche und zeitliche Abstände gewählt werden, sofern die Aussagekraft der Messwerte dadurch nicht über ein vorgegebenes Maß hinaus leidet.
Auch ist es vorteilhaft, eine Messwertaktualisierung durch Wetterereignisse wie beispielsweise ein Einsetzen von Regen, einen Temperaturabfall unter Null Grad oder einen Temperaturanstieg über Null Grad zu triggern. Ein solches Triggern kann von Regensensoren oder Temperatursensoren ausgelöst werden.
Die 2 zeigt näher im Detail ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Messeinrichtung 40 und eine mit dieser verbundene Auswerteinrichtung 50, die in dem Anlagenabschnitt 20 der Eisenbahngleisanlage 30 gemäß 1 eingesetzt werden können.
Die Messeinrichtung 40 umfasst zwei in mechanischem Kontakt stehende Metallteile. Eines der zwei Metallteile ist eine Trägerplatte 41 aus Metall; das andere der zwei Metallteile ist ein auf der Trägerplatte 41 aufliegender und auf der Trägerplatte 41 verschiebbarer Metallklotz 42. Der Metallklotz 42 wird aufgrund seiner Gewichtskraft auf die Trägerplatte 41 gedrückt; darüber hinaus kann eine weitere Kraft ausgeübt werden, um den Metallklotz 42 auf die Trägerplatte 41 zu drücken. Die resultierende Kraft, mit der der Metallklotz 42 auf die Trägerplatte 41 aufgepresst wird und die demgemäß als Anpresskraft bezeichnet werden kann, ist in der 2 mit dem Bezugszeichen Fz1 gekennzeichnet.
Zur Bestimmung der Haftreibung zwischen den beiden Metallteilen wird die Kraft Fx1 gemessen, die im Ruhezustand bzw. bei einer Relativgeschwindigkeit zwischen den Metallteilen von Null zum Anschieben des Metallklotzes 42 zwecks Hervorrufens einer Relativbewegung zur Trägerplatte 41 nötig ist und demgemäß als Anschubkraft bezeichnet werden kann. Der entsprechende Messwert, der diese Kraft Fx1 in Form einer Kraftangabe quantifiziert, ist in der 2 mit dem Bezugszeichen M(Fx1) bezeichnet.
Die Auswerteinrichtung 50 wertet die Kraftangabe in Form des Messwerts M(Fx1) aus, indem sie die gemessene Anschubkraft Fx1 durch die Anpresskraft Fz1 dividiert, wodurch sie einen Haftreibungswert µH bildet gemäß $μ H = Fx 1 /Fz 1$
Die Anpresskraft Fz1 kann als Konstante in der Auswerteinrichtung 50 gespeichert sein oder alternativ beispielsweise in Form eines weiteren Messwerts von der Messeinrichtung 40 zu der Auswerteinrichtung 50 übertragen werden.
Der Haftreibungswert µH wird als Reibungsangabe R an die streckenseitige Übertragungseinrichtung 60 gemäß 1 und von dieser zu den Schienenfahrzeugen 10 und 10a übertragen.
Um zu gewährleisten, dass der in dieser Weise gebildete Haftreibungswert µH die Schnittstelle zwischen Rad und Schiene im Gleisabschnitt 20 zutreffend charakterisiert, werden die Trägerplatte 41 und der Metallklotz 42 denselben Umwelt- und Wetterbedingungen WB ausgesetzt, wie durch Wolken und Regen in 2 angedeutet ist.
Die Trägerplatte 41 besteht vorzugsweise aus demselben Metall wie die Schienen im Gleisabschnitt 20 und der Metallklotz 42 besteht vorzugsweise aus demselben Metall wie die Räder der Schienenfahrzeuge 10 und 10a, um für den Betrieb der Schienenfahrzeuge 10 und 10a möglichst realitätsnahe Messbedingungen zu erreichen.
Die 3 zeigt näher im Detail ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Messeinrichtung 40 und eine mit dieser verbundenen Auswerteinrichtung 50, die in dem Anlagenabschnitt 20 der Eisenbahngleisanlage 30 gemäß 1 eingesetzt werden können.
Die Messeinrichtung 40 gemäß 3 ist redundant aufgebaut und umfasst zwei oder mehr Messeinheiten 401 und 402, die beispielsweise baugleich sein können und beispielsweise jeweils der Messeinrichtung 40 gemäß 2 entsprechen können.
Die Messeinheiten 401 und 402 umfassen also beispielsweise jeweils zwei in Kontakte stehende Metallteile in Form einer Trägerplatte 41 aus Metall und eines auf dieser aufliegenden und verschiebbaren Metallklotzes 42. Zur Bestimmung der Haftreibung zwischen den beiden Metallteilen wird jeweils die Kraft Fx1 bzw. Fx2 gemessen, die im Ruhezustand bzw. bei einer Relativgeschwindigkeit zwischen den Metallteilen von Null zum Anschieben des jeweiligen Metallklotzes 42 zwecks Hervorrufens einer Relativbewegung zur jeweils zugehörigen Trägerplatte 41 nötig ist. Die entsprechenden Messwerte, die diese Anschubkräfte Fx1 und Fx2 quantifizieren, sind in der 3 mit den Bezugszeichen M(Fx1) und M(Fx2) bezeichnet.
Die Auswerteinrichtung 50 wertet die Messwerte M(Fx1) und M(Fx2) aus, indem sie die gemessenen Anschubkräfte Fx1 und Fx2 durch die korrespondierenden Anpresskräfte Fz1 und Fz2 dividiert, wodurch sie Haftreibungswerte uH1 und µH2 bildet gemäß $μ H 1 = Fx 1 /Fz 1$
$μ H 2 = Fx 2 /Fz 2$
Die Anpresskräfte Fz1 und Fz2 können als Konstante in der Auswerteinrichtung 50 gespeichert sein oder alternativ beispielsweise in Form weiterer Messwerte von den Messeinheiten 401 und 402 zu der Auswerteinrichtung 50 übertragen werden.
Die beiden Haftreibungswerte µH1 und µH2 können beispielsweise gemittelt werden, um die Reibungsangabe R zu bilden, die nachfolgend an die streckenseitige Übertragungseinrichtung 60 gemäß 1 und von dieser zu den Schienenfahrzeugen 10 und 10a übertragen wird. Auch kann eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt werden und es können die Haftreibungswerte µH1 und µH2 verworfen werden, wenn diese über ein vorgegebenes Maß voneinander abweichen.
Auch können die Messungen regelmäßig oder unregelmäßig wiederholt werden, um die wetterabhängige Reibungsangabe R regelmäßig oder unregelmäßig zu aktualisieren. Bei der Bildung oder Aktualisierung der wetterabhängigen Reibungsangabe R können auch mehrere zeitlich zuvor erfasste Messwerte herangezogen werden, wobei eine Mittelung, Glättung und/oder Filterung der zeitlich zuvor erfassten Messwerte und der jeweils aktuellen Messwerte durchgeführt wird.
Die 4 zeigt näher im Detail ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Messeinrichtung 40 und eine mit dieser verbundene Auswerteinrichtung 50, die in dem Anlagenabschnitt 20 der Eisenbahngleisanlage 30 gemäß 1 eingesetzt werden können.
Die Messeinrichtung 40 gemäß 4 entspricht beispielsweise der Messeinrichtung 40 gemäß 3.
Unterschiedlich ist in 4 - verglichen mit der 3 - der Aufbau der Auswerteinrichtung 50, die redundant aufgebaut ist und zwei oder mehr Auswerteinheiten 501 und 502 umfasst, die beispielsweise baugleich sein können und jeweils der Auswerteinrichtung 50 gemäß den 2 und 3 entsprechen können.
Die in der 4 obere Auswerteinheit 501 steht mit der in der 4 oberen Messeinheit 401 in Verbindung und wertet den Messwert M(Fx1) aus, indem sie die von der zugeordneten Messeinheit 401 gemessene Anschubkraft Fx1 durch die Anpresskraft Fz1 dividiert, wodurch sie einen Haftreibungswert µH1 bildet gemäß $μ H 1 = Fx 1 /Fz 1$
Die in der 4 untere Auswerteinheit 502 steht mit der in der 4 unteren Messeinheit 402 in Verbindung und wertet den Messwert M(Fx2) aus, indem sie die von der zugeordneten Messeinheit 402 gemessene Anschubkraft Fx2 durch die Anpresskraft Fz2 dividiert, wodurch sie einen Haftreibungswert µH2 bildet gemäß $μ H 2 = Fx 2 /Fz 2$
Die Auswerteinrichtung 50 gemäß 4 umfasst außerdem eine Vergleichseinheit 503, die die Haftreibungswerte µH1 und µH2 der beiden Auswerteinheiten 501 und 502 zwecks Plausibilitätsprüfung vergleicht und/oder zwecks Mittelwertbildung mittelt, um ausgangsseitig die Reibungsangabe R zu bilden.
Die 5 zeigt näher im Detail ein viertes Ausführungsbeispiel für eine Messeinrichtung 40 und eine mit dieser verbundenen Auswerteinrichtung 50, die in dem Anlagenabschnitt 20 der Eisenbahngleisanlage 30 gemäß 1 eingesetzt werden können.
Die Messeinrichtung 40 umfasst zwei in mechanischem Kontakt stehende Metallteile in Form einer Schiene 44 aus Metall und eines auf dieser aufliegenden Metallrades 43. Das Metallrad 43 wird aufgrund seiner Gewichtskraft auf die Schiene 44 gedrückt; darüber hinaus kann eine weitere Kraft ausgeübt werden, um das Metallrad 43 auf die Schiene 44 zu drücken. Die resultierende Kraft, mit der das Metallrad 43 auf die Schiene 44 einwirkt und die demgemäß als Anpresskraft bezeichnet werden kann, ist in der 5 mit dem Bezugszeichen Fz1 gekennzeichnet.
Zur Bestimmung der Haftreibung zwischen den beiden Metallteilen wird als eine Kraftangabe die Kraft Fx1 gemessen, die im Ruhezustand bzw. bei einer Relativgeschwindigkeit zwischen den Metallteilen von Null und unter der Bedingung eines nichtrotierenden Radzustands zum Anschieben des Metallrads 43 zwecks Hervorrufens einer translatorischen Relativschiebebewegung zur Schiene 44 nötig ist. Der entsprechende Messwert, der die Anschubkraft Fx1 quantifiziert, ist in der 5 mit dem Bezugszeichen M(Fx1) bezeichnet.
Die Auswerteinrichtung 50 kann den Messwert M(Fx1) auswerten, wie dies oben im Zusammenhang mit der 2 erläutert worden ist; diesbezüglich kann also auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der 2 verwiesen werden.
Die 6 zeigt näher im Detail ein fünftes Ausführungsbeispiel für eine Messeinrichtung 40 und eine mit dieser verbundenen Auswerteinrichtung 50, die in dem Anlagenabschnitt 20 der Eisenbahngleisanlage 30 gemäß 1 eingesetzt werden können.
Die Messeinrichtung 40 gemäß 6 ist redundant aufgebaut und umfasst zwei oder mehr Messeinheiten 401 und 402, die jeweils ein Metallrad 43 umfassen und beispielsweise baugleich sein können; die zwei Messeinheiten 401 und 402 können beispielsweise jeweils mit der Messeinrichtung 40 gemäß 5 identisch sein, sodass diesbezüglich auf die obigen Erläuterungen im Zusammenhang mit der 5 verwiesen sei.
Die Auswerteinrichtung 50 gemäß 6 kann beispielsweise mit der Auswerteinrichtung 50 gemäß 3 identisch sein, sodass diesbezüglich auf die obigen Erläuterungen im Zusammenhang mit der 3 verwiesen sei.
Die 7 zeigt näher im Detail ein sechstes Ausführungsbeispiel für eine Messeinrichtung 40 und eine mit dieser verbundenen Auswerteinrichtung 50, die in dem Anlagenabschnitt 20 der Eisenbahngleisanlage 30 gemäß 1 eingesetzt werden können.
Die Messeinrichtung 40 gemäß 7 ist redundant aufgebaut und kann beispielsweise mit der Messeinrichtung 40 gemäß 6 identisch sein, sodass diesbezüglich auf die obigen Erläuterungen im Zusammenhang mit der 6 verwiesen sei.
Unterschiedlich ist in 7 - verglichen mit der 6 - der Aufbau der Auswerteinrichtung 50, die redundant aufgebaut ist und zwei oder mehr Auswerteinheiten 501 und 502 umfasst, die beispielsweise baugleich sein können und beispielsweise jeweils der Auswerteinrichtung 50 gemäß den 2 und 3 entsprechen können, sodass diesbezüglich auf die obigen Erläuterungen im Zusammenhang mit den 2 und 3 verwiesen sei.
Bei den in den 5 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispielen können die Schiene 44 und das Metallrad 43 maßstäblich verkleinerte Versionen der Schienen der Eisenbahngleisanlage 30 gemäß 1 und der Räder der Schienenfahrzeuge 10 und 10a sein.
Bei den in den 5 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispielen kann alternativ oder zusätzlich eine Reibungsangabe R erzeugt werden, die auf einem oder mehreren Messwerten bei rotierendem Metallrad 43 beruhen. Im Falle einer Rotation des Metallrades 43 kann die Rotationsachse horizontal angeordnet sein; alternativ kann sie auch anders, beispielsweise vertikal angeordnet sein.
Bei den in den 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispielen kann alternativ oder zusätzlich eine Reibungsangabe R erzeugt werden, die eine Gleitreibung zwischen Rad und Schiene im Gleisabschnitt 20 beschreibt. Eine Gleitreibung kann beispielsweise ermittelt werden, indem die Kraft Fx1 und Fx2 während einer translatorischen Relativbewegung des Metallklotzes 42 auf der Trägerplatte 41 oder einer während einer translatorischen Relativbewegung des in seiner Rotation blockierten Metallrades 43 auf der Schiene 44 gemessen wird.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteinrichtung 50 eine streckenseitige Auswerteinrichtung 50 und die streckenseitige Übertragungseinrichtung 60 dient dazu, die wetterabhängige Reibungsangabe R oder die davon abgeleitete Angabe Ra zu den auf den Anlagenabschnitt 20 zufahrenden oder in diesem bereits fahrenden Schienenfahrzeugen 10 und 10a zu übermitteln.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Auswerteinrichtung 50 eine fahrzeugseitige Auswerteinrichtung 50 ist (vgl. 8) und die streckenseitige Übertragungseinrichtung 60 dazu dient, die Messwerte M (z. B. M(Fx1) und M(Fx2) gemäß den 2 bis 7) der Messeinrichtung 40 zu den Schienenfahrzeugen 10 und 10a übermitteln. Die wetterabhängige Reibungsangabe R und ggf. davon abgeleitete Angaben werden dann in den Schienenfahrzeugen 10 und 10a beispielsweise in entsprechend programmierten Fahrzeugsteuereinrichtungen 12 errechnet, die die Funktion der Auswerteinrichtung 50 übernehmen.
Abschließend sei erwähnt, dass die Merkmale aller oben beschriebenen Ausführungsbeispiele untereinander in beliebiger Weise kombiniert werden können, um weitere andere Ausführungsbeispiele der Erfindung zu bilden.
Auch können alle Merkmale von Unteransprüchen jeweils für sich mit jedem der nebengeordneten Ansprüche kombiniert werden, und zwar jeweils für sich allein oder in beliebiger Kombination mit einem oder anderen Unteransprüchen, um weitere andere Ausführungsbeispiele zu erhalten.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs (10, 10a) in einem Anlagenabschnitt (20) einer Eisenbahngleisanlage (30), dadurch gekennzeichnet, dass - örtlich im Bereich des Anlagenabschnitts (20) zumindest ein vom Wetter beeinflusster Messwert (M, M(Fx1), M(Fx2)) erfasst wird und unter Heranziehung dieses Messwerts (M, M(Fx1), M(Fx2)) eine wetterabhängige Reibungsangabe (R) gebildet wird, die die Reibungsverhältnisse zwischen Rad und Schiene in dem Anlagenabschnitt (20) bei den jeweiligen Wetterbedingungen (WB) beschreibt, und - der Betrieb des Schienenfahrzeugs (10, 10a) in dem Anlagenabschnitt (20) unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Reibungsangabe (R) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer örtlich im Bereich des Anlagenabschnitts (20) angeordneten Messeinrichtung (40) als der zumindest ein vom Wetter beeinflusster Messwert (M, M(Fx1), M(Fx2)) eine Kraftangabe gemessen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsangabe (R) eine Haftreibungsangabe, die die Haftreibung zwischen Rad und Schiene in dem Anlagenabschnitt (20) beschreibt, insbesondere ein Haftreibbeiwert oder ein Haftreibungskoeffizient ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - mit der Reibungsangabe (R) eine wetterabhängige Bremsverzögerungsrate ermittelt wird und - der Betrieb des Schienenfahrzeugs (10, 10a) in dem Anlagenabschnitt (20) unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Bremsverzögerungsrate erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - zur Bildung der Reibungsangabe (R) zumindest zwei in mechanischem Kontakt stehende Teile (41-42, 43-44) relativ zueinander bewegt werden und die zur Relativbewegung aufzubringende Kraft unter Bildung einer Kraftangabe, die den zumindest einen vom Wetter beeinflussten Messwert (M, M(Fx1), M(Fx2)) bildet, gemessen wird und - die Reibungsangabe (R) unter Heranziehung der Kraftangabe errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Teile (41-42, 43-44) denselben Umwelt- und Wetterbedingungen (WB) ausgesetzt sind wie der Anlagenabschnitt (20).
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Teile (41-42, 43-44) Metallteile, insbesondere Stahlteile, sind.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eines der zwei Metallteile eine Schiene (44) aus demselben Stahl wie die Schienen im Anlagenabschnitt (20) und das andere der zwei Metallteile ein Rad (43) aus demselben Stahl wie die Räder des Schienenfahrzeugs (10, 10a) ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (44) und das Rad (43) maßstäblich verkleinerte Versionen der Schienen der Eisenbahngleisanlage (30) und der Räder des Schienenfahrzeugs (10, 10a) sind.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des zumindest einen Messwerts (M, M(Fx1), M(Fx2)) regelmäßig oder unregelmäßig wiederholt wird und die wetterabhängige Reibungsangabe (R) regelmäßig oder unregelmäßig aktualisiert wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildung oder Aktualisierung der wetterabhängigen Reibungsangabe (R) mehrere zeitlich zuvor erfasste Messwerte (M, M(Fx1), M(Fx2)) herangezogen werden, wobei eine Mittelung, Glättung und/oder Filterung der zeitlich zuvor erfassten Messwerte (M, M(Fx1), M(Fx2)) und des aktuellen Messwerts (M, M(Fx1), M(Fx2)) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Betrieb des Schienenfahrzeugs (10, 10a) unter Berücksichtigung der jeweils letzten aktualisierten wetterabhängigen Reibungsangabe (R) erfolgt und/oder - nach der Bildung oder Aktualisierung der wetterabhängigen Reibungsangabe (R) eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt wird und eine unplausible Reibungsangabe (R) unberücksichtigt bleibt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Mindestabstand (A) zwischen dem Schienenfahrzeug (10) und einem vorausfahrenden Schienenfahrzeug (10a) unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Reibungsangabe (R) ermittelt wird und/oder - Bremsvorgänge des Schienenfahrzeugs (10, 10a) innerhalb des Anlagenabschnitts (20) unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Reibungsangabe (R) gesteuert werden und/oder - der zumindest eine vom Wetter beeinflusste Messwert (M, M(Fx1), M(Fx2)) mit einer redundant arbeitenden Messeinrichtung (40) erfasst wird und/oder - die wetterabhängige Reibungsangabe (R) mit einer redundant arbeitenden Auswerteinrichtung (50) gebildet wird.
Eisenbahngleisanlage (30), dadurch gekennzeichnet, dass - örtlich im Bereich eines Anlagenabschnitts (20) der Eisenbahngleisanlage (30) eine Messeinrichtung (40) vorhanden ist, die zumindest einen vom Wetter beeinflussten Messwert (M, M(Fx1), M(Fx2)) erfasst, und - eine streckenseitige Übertragungseinrichtung (60) vorhanden ist, die den vom Wetter beeinflussten Messwert (M, M(Fx1), M(Fx2)), eine mit dem Messwert (M, M(Fx1), M(Fx2)) berechnete wetterabhängige Reibungsangabe (R) oder eine davon abgeleitete andere Angabe, insbesondere eine wetterabhängige Bremsverzögerungsrate, zu einem auf den Anlagenabschnitt (20) zufahrenden oder in diesem bereits fahrenden Schienenfahrzeug (10, 10a) übermittelt.
Schienenfahrzeug (10, 10a), dadurch gekennzeichnet, dass - das Schienenfahrzeug (10, 10a) eine Empfangseinrichtung (11) aufweist zum Empfangen zumindest eines vom Wetter beeinflussten Messwerts (M, M(Fx1), M(Fx2)), einer wetterabhängigen Reibungsangabe (R), die die Reibungsverhältnisse zwischen Rad (43) und Schiene (44) in einem Anlagenabschnitt (20) bei den jeweiligen Wetterbedingungen (WB) beschreibt, oder einer davon abgeleiteten Angabe, und - das Schienenfahrzeug (10, 10a) eine Fahrzeugsteuereinrichtung (12) aufweist, die den Betrieb des Schienenfahrzeugs (10, 10a) in dem Anlagenabschnitt (20) unter Berücksichtigung des zumindest einen vom Wetter beeinflussten Messwerts (M, M(Fx1), M(Fx2)), der wetterabhängigen Reibungsangabe (R) oder der davon abgeleiteten Angabe durchführt.