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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines wechselstrombetriebenen Weichenantriebs, bei dem ein Stromwert eines am Weichenantrieb anliegenden Stroms an einer Zuleitung des Weichenantriebs von einer ersten Messeinrichtung ermittelt wird und bei dem ein für einen Phasenwinkel zwischen dem Strom und einer Spannung am Weichenantrieb repräsentativer Winkelwert ermittelt werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Weichenbetriebseinrichtung für einen wechselstrombetriebenen Weichenantrieb, mit wenigstens einer Energieversorgungseinrichtung, die zur Versorgung des Weichenantriebs mit Strom und Spannung ausgebildet ist, mit wenigstens einer ersten Messeinrichtung, die zum Ermitteln eines Stromwerts für einen an einer Zuleitung des Weichenantriebs anliegenden Strom ausgebildet ist, und mit wenigstens einer zweiten Messeinrichtung, die zum Ermitteln eines für einen Phasenwinkel zwischen dem Strom und einer Spannung am Weichenantrieb repräsentativen Winkelwerts ausgebildet ist.
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Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in der
DE 100 23 093 C2 beschrieben, die ein Verfahren zur Weichendiagnose und eine Weichendiagnoseeinrichtung betrifft. Ein weitverbreiteter Ansatz, um den Zustand eines Weichenantriebs zu diagnostizieren, geschieht mit Hilfe von elektrischen Parametern, die während eines Umlaufs des Weichenantriebs ermittelt werden. Gegenstände zwischen den Weichenzungen oder eine unzureichende Schmierung führen zu einer erhöhten Stellkraft des Weichenantriebs, die anhand der korrelierenden Parameter festgestellt werden kann. Ein zu diesem Zweck häufig überwachter elektrischer Parameter ist die Wirkleistung, wie es beispielsweise auch in der o.g.
DE 100 23 093 C2 beschrieben ist. Für die Wirkleistung P besteht der physikalische Zusammenhang P = U I cos φ, wobei U und I die jeweiligen Effektivwerte (RMS - Route Means Square) von Spannung und Strom sind und cos φ der Phasenwinkel, d.h. der Kosinus der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom, ist.
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Die Wirkleistung korreliert in hohem Maße mit dem Drehmoment des Weichenantriebs und dadurch mit der mechanischen Stellkraft des Weichenantriebs. Es gilt F ist proportional zu M ist proportional zu P, wobei F die Kraft, M das Moment oder Drehmoment und P die Leistung sind. Für die weitverbreiteten mit einem Dreiphasenwechselstrom betriebenen Weichenantriebe ist es üblich, sowohl Spannung und Strom als auch den Phasenwinkel zu messen, um die Wirkleistung zu berechnen. Allerdings kann die Messung selbst zu problematischen Verfälschungen führen, weshalb beispielsweise in der
DE 100 23 093 C2 die Messung nur zu einem bestimmten Zeitpunkt erfolgt.
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Allerdings hat auch die Lösung in der
DE 100 23 093 C2 ihre Nachteile, so dass es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine alternative Lösung bieten.
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Für das eingangs genannte Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine den Winkelwert ermittelnde zweite Messeinrichtung von einer Energieversorgungseinrichtung mit Strom und Spannung versorgt wird, die auch den Weichenantrieb mit Strom und Spannung versorgt, und der für den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung am Weichenantrieb repräsentative Winkelwert mittels des Stroms und der Spannung der zweiten Messeinrichtung ermittelt wird.
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Für die eingangs genannte Weichenbetriebseinrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zweite Messeinrichtung zur Versorgung mit Strom und Spannung mit der Energieversorgungseinrichtung verbunden ist und zur Ermittlung des Winkelwert mittels des Stroms und der Spannung der zweiten Messeinrichtung ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass die zweite Messeinrichtung von der gleichen Energieversorgungseinrichtung mit Strom und Spannungsstrom versorgt wird, wie der Weichenantrieb selbst. Daher ist der in der zweiten Messeinrichtung gemessene Phasenwinkel gleich mit dem Phasenwinkel am Weichenantrieb und kann anstatt diesem für die Diagnose des Weichenantriebs verwendet werden. Dadurch entfällt ein ansonsten nötiger Anschluss an die Zuleitung des Weichenantriebs, der einen möglicherweise störenden Einfluss auf den Betrieb des Weichenantriebs insgesamt haben könnte.
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Für die Diagnose des Weichenantriebs ist es bereits ausreichend, diesen Phasenwinkel zu kennen, der für den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung am Weichenantrieb repräsentativ ist. Dieser Phasenwinkel hat nämlich den Haupteinfluss auf die Wirkleistung. Zusätzlich kann selbstverständlich auch die Wirkleistung des Weichenantriebs mit Hilfe des Phasenwinkels ermittelt werden. Da der Effektivwert der Spannung am Weichenantrieb meistens im Wesentlichen konstant ist, kann die Wirkleistung anhand der o.g. Formel P = U I cos φ mit konstantem Spannungswert und ohne eine separate Ermittlung der Spannung am Weichenantrieb berechnet werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat insbesondere auch bei der Nachrüstung von alten Weichenantrieben für eine Diagnose den Vorteil, dass eine Rückwirkungsfreiheit einer nachgerüsteten Messeinrichtung leicht nachweisbar ist, weil der Phasenwinkel und der Strom auf eine nicht-intrusive Weise ermittelt werden. Eine Fehlfunktion der Messeinrichtungen hat daher bei der erfindungsgemäßen Lösung keinen negativen Einfluss auf den Weichenantrieb, so dass kein Sicherheitsrisiko besteht.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausgestaltungen weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrieben sind.
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So kann ein für die Spannung am Weichenantrieb repräsentativer Spannungswert innerhalb der Messeinrichtung ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Wirkleistung noch genauer ermittelt werden kann und so die Weichendiagnose verbessert werden kann. Auch wenn der Phasenwinkel den Haupteinfluss auf die Wirkleistung bei einem drehstromgetriebenen Weichenantrieb hat, kann die Ermittlung des Spannungswerts die Genauigkeit noch einmal verbessern. Da die zweite Messeinrichtung von der Energieversorgungseinrichtung mit Strom und Spannung versorgt wird und diese Spannung für die Spannung am Weichenantrieb repräsentativ ist, bedeutet die Ermittlung des Spannungswertes innerhalb der Messeinrichtung nur einen geringen Mehraufwand.
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Um auch eine Rückwirkungsfreiheit bei der Stromwertermittlung zu gewährleisten, kann der Stromwert nicht-intrusiv, insbesondere mittels einer Stromzange, ermittelt werden. Die Verwendung von Stromzangen ist weitverbreitet und allgemein bekannt. Es gibt eine Vielzahl von Anbietern. Stromzangen arbeiten üblicherweise als Wechselstromzangen oder als Allstrommesszangen. Beide Prinzipien sind hier möglich, wobei sich die Wechselstrommesszangen anbieten.
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Um den Einfluss der zweiten Messeinrichtung auf die gesamte Weichenbetriebseinrichtung möglichst gering zu halten, kann die zweite Messeinrichtung galvanisch getrennt von der Energieversorgungseinrichtung versorgt werden. Die galvanische Trennung kann beispielsweise durch einen 1:1-Transformator realisiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Weichenbetriebseinrichtung kann die erste Messeinrichtung zum nicht-intrusiven Ermitteln des Stromwerts ausgebildet sein, insbesondere als eine Stromzange. Dies hat den oben bereits beschriebenen Vorteil, dass hierdurch die Rückwirkungsfreiheit bei der Stromwertermittlung garantiert ist und Stromzangen allgemein üblich und bekannt sind.
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Ferner kann die zweite Messeinrichtung mit der Energieversorgungseinrichtung galvanisch getrennt verbunden sein, insbesondere mittels eines Transformators. Dies hat den oben bereits beschriebenen Vorteil, dass die Rückwirkungsfreiheit weiter erhöht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Weichenbetriebseinrichtung wenigstens ein Weichensteuerungsmodul aufweisen, das mit der Energieversorgungseinrichtung verbunden ist und zum Verbinden mit dem Weichenantrieb ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Weichensteuerungsmodul leicht mit einer Stellwerkseinrichtung verbunden werden kann und eine dezentrale und ggf. digitalisierte Ansteuerung des Weichenantriebs ermöglicht.
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Ferner betrifft die Erfindung auch eine Stellwerkseinrichtung für eine eisenbahntechnische Anlage, wobei die Stellwerkseinrichtung wenigstens eine Weichenbetriebseinrichtung aufweist. Erfindungsgemäß ist die Weichenbetriebseinrichtung nach einer der zuvor genannten Ausführungsformen ausgebildet.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch eine eisenbahntechnische Anlage, mit wenigstens einem wechselstrombetriebenen Weichenantrieb und mit wenigstens einer Weichenbetriebseinrichtung. Erfindungsgemäß ist die Weichenbetriebseinrichtung nach einer der zuvor genannten beispielhaften Ausführungsformen ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der eisenbahntechnischen Anlage kann der Weichenantrieb wenigstens eine Drehstrom-Asynchronmaschine aufweisen. Derartige Drehstrom-Asynchronmaschinen sind als Antriebsmotoren bei Weichenantrieben verbreitet und zeigen einen großen Einfluss bei einem veränderten Phasenwinkel, was durch die erfindungsgemäße Lösung sehr gut detektierbar ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
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Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen eisenbahntechnischen Anlage mit einer erfindungsgemäßen Weichenbetriebseinrichtung.
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In der Figur ist ein Ausschnitt einer beispielhaften Ausführungsform einer eisenbahntechnischen Anlage 1 gezeigt, die eine Gleisanlage 2 mit wenigstens einer Eisenbahnweiche 3 und einer Stellwerkseinrichtung 4 umfasst. Die Eisenbahnweiche 3 umfasst einen Weichenantrieb 5, der zum Stellen der Eisenbahnweiche 3 von der Stellwerkseinrichtung 4 angesteuert wird. Hierfür ist die Stellwerkseinrichtung 4 über eine elektrische Zuleitung 6 mit dem Weichenantrieb 5 verbunden. Die Zuleitung 6 umfasst bei der beispielhaften Ausführungsform in der Figur mehrere Kabel, über die der Weichenantrieb 5 insbesondere mit Strom und Spannung versorgt wird.
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Die erfindungsgemäße Stellwerkseinrichtung 4 umfasst in der beispielshafte Ausführungsform in der Figur eine Energieversorgungseinrichtung 7, eine Weichensteuerungseinrichtung 8, eine erste Messeinrichtung 9 und eine zweite Messeinrichtung 10. Ferner umfasst die Stellwerkseinrichtung 4 auch noch eine Stelleinrichtung 11, die einen Stellbefehl für den Weichenantrieb 5 ausgibt.
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Innerhalb der Stellwerkseinrichtung 4 ist bei der beispielhaften Ausführungsform in der Figur eine erfindungsgemäße Weichenbetriebseinrichtung 12 ausgebildet, welche die erste Messeinrichtung 9, die zweite Messeinrichtung 10, die Energieversorgungseinrichtung 7 und bei der Ausführungsform in der Figur auch die Weichensteuerungseinrichtung 8 umfasst.
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Im Betrieb der eisenbahntechnischen Anlage 1 wird der Weichenantrieb 5 für ein Umlauf der Eisenbahnweiche 3 von der Stellwerkseinrichtung 4 wie folgt angesteuert.
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Die Energieversorgungseinrichtung 7 stellt in üblicher Weise die Energie für den Betrieb des Weichenantriebs 5 zur Verfügung. Bei der bespielhaften Ausführungsform in der Figur ist der Weichenantrieb 5 als eine wechselstrombetriebene Asynchronmaschine ausgebildet, die mit einem Dreiphasenwechselstrom betrieben wird. Ein Stellbefehl wird von der Stelleinrichtung 11 an die Weichensteuerungseinrichtung 8 weitergegeben. Um einen Umlauf der Eisenbahnweiche 3 zu erzeugen, muss der Weichenantrieb 5 entsprechend angesteuert werden, damit er ein Drehmoment erzeugt und dadurch die Eisenbahnweiche 3 umlegt. Hierfür schaltet die Weichensteuerungseinrichtung 8 die Energie von der Energieversorgungseinrichtung 7 zum Weichenantrieb 5 über die Zuleitung 6 beispielsweise über ein Relais frei.
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Um während des Betriebs eine Diagnose des Weichenantriebs 5 zu ermöglichen, werden durch die erste Messeinrichtung 9 und die zweite Messeinrichtung 10 unterschiedliche elektrische Parameter ermittelt, die für einen Zustand des Weichenantriebs 5 repräsentativ sind bzw. mit denen eine Diagnose möglich ist.
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Die erste Messeinrichtung 9 ermittelt einen Stromwert für den Strom in der Zuleitung 6 zum Weichenantrieb 5. Bei der beispielhaften Ausführungsform in der Figur ist die erste Messeinrichtung 9 als eine Stromzange ausgebildet, die den Stromwert nicht-intrusiv an der Zuleitung 6 ermittelt. Dies bedeutet, dass keine direkte Verbindung von der ersten Messeinrichtung 9 zu den Kabeln der Zuleitung 6 nötig ist, um den Stromwert zu ermitteln. Anstatt dessen wird durch den in der Zuleitung 6 fließenden Strom eine Spannung in der ersten Messeinrichtung 9 induziert, über die der Stromwert ermittelt wird. Der ermittelte Stromwert wird von der erste Messeinrichtung 9 zur Weiterverarbeitung an die zweite Messeinrichtung 10 übermittelt.
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Die zweite Messeinrichtung 10 ist mit der Energieversorgungseinrichtung 7 verbunden und wird dadurch von der Energieversorgungseinrichtung 7 mit Strom und Spannung versorgt. Da die Energieversorgungseinrichtung 7 sowohl den Weichenantrieb 5 als auch die zweite Messeinrichtung 10 mit Energie versorgt, ist ein Phasenwinkel φ zwischen Strom und Spannung in der zweiten Messeinrichtung 10 gleich wie am Weichenantrieb 5. Daher werden in der zweiten Messeinrichtung 10 ein Spannungswert für die Spannung und ein Winkelwert für den Phasenwinkel ermittelt. Der innerhalb der zweiten Messeinrichtung 10 ermittelte Winkelwert ist auch repräsentativ für den Phasenwinkel in der Zuleitung 6 und kann daher für die Weichendiagnose verwendet werden. Ähnlich ist es mit dem innerhalb der zweiten Messeinrichtung 10 ermittelte Spannungswert. Daher kann dieser Spannungswert für die Weichendiagnose des Weichenantriebs 5 verwendet werden.
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Mit dem von der ersten Messeinrichtung 9 ermittelten Stromwert und den von der zweiten Messeinrichtung 10 ermittelten Spannungswert und Winkelwert kann eine Wirkleistung anhand der Formel P = U I cos φ berechnet werden. Diese Berechnung wird bei der beispielhaften Ausführungsform in der Figur von der zweiten Messeinrichtung 10 durchgeführt. Alternativ kann die Berechnung selbstverständlich auch anders, wie z.B. extern zur Stellwerkseinrichtung 4, durchgeführt werden, wenn die ermittelten elektrischen Parameter entsprechend übermittelt worden sind.
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Da sowohl die erste Messeinrichtung 9 als auch die zweite Messeinrichtung 10 die elektrischen Parameter nicht-intrusiv ermitteln, ist die erfindungsgemäße Lösung auch besonders geeignet zum Nachrüsten von bestehenden Stellwerkseinrichtungen 4.
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Da der Weichenantrieb 5 bei der beispielhaften Ausführungsform in der Figur als Drehstrom-Asynchronmaschine ausgebildet ist, ist das Drehmoment des Weichenantriebs 5 insbesondere eine Funktion der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Daher wäre es bereits ausreichend, den Winkelwert für die Phasenverschiebung durch die zweite Messeinrichtung 10 zu bestimmen, um eine Weichendiagnose zu ermöglichen. Aus dem Winkelwert und dem Stromwert kann ein Wirkstrom gemäß der Formel Ip = I cos φ ermittelt werden, der für die Weichendiagnose genutzt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10023093 C2 [0003, 0004, 0005]
