DE19826090A1

DE19826090A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Integritätsprüfung eines schienengebundenen Fahrzeugverbands

Info

Publication number: DE19826090A1
Application number: DE1998126090
Authority: DE
Inventors: Bernd Klose
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 1999-12-16
Also published as: EP0963896A3; EP0963896A2

Abstract

Bei allen gängigen Sicherheitskonzepten für den Schienenverkehr ist eine Überprüfung erforderlich, ob ein Fahrzeugverband (= Zug) sich nicht unbeabsichtigt während der Fahrt oder nach einem Halt getrennt hat (= Integritätsprüfung). DOLLAR A Bei der erfindungsgemäßen Integritätsprüfung ist vorgesehen, daß auf einem Fahrzeug des Fahrzeugverbands angeordnete erste Mittel (DIG) einen Druckimpuls auf eine Schiene ausüben. Auf demselben Fahrzeug angeordneten zweite Mitteln (DIS) registrieren in der Schiene sich ausbreitende Druckimpulse. Eine Auswerteeinrichtung (AUSW) ermittelt anhand der registrierten Druckimpulse, von wievielen Achsen des Fahrzeugverbands die von den ersten Mitteln ausgeübten Druckimpulse reflektiert werden. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt somit entweder streckenseitige Einrichtungen noch irgendwelche weiteren, auf anderen Fahrzeugen des Fahrzeugverbands angeordnete Vorrichtungen (Funksender etc.).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Integritätsprüfung eines Fahrzeugver bands nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Einführung

Bei allen gängigen Sicherheitskonzepten für den Schienenverkehr ist eine Überprüfung erforderlich, ob ein Fahrzeugverband (= Zug) sich nicht unbe absichtigt während der Fahrt oder nach einem Halt getrennt hat (= Integri tätsprüfung). Wird eine solche unbeabsichtigten Trennung nicht rechtzeitig er kannt, so muß damit gerechnet werden, daß nachfolgende Schienenfahrzeuge auf den abgetrennten Teil des Fahrzeugverbandes auffahren. Die Ursache einer solchen Trennung kann z. B. eine defekte oder nicht sachgemäß bedien te Fahrzeugkupplung sein. Bei modernen Hochgeschwindigkeitszügen wird eine unbemerkte Zugtrennung wegen der festen Verbindung zwischen den Fahrzeugen nicht mehr angenommen. Beim Güterverkehr mit seinen zahlrei chen Kopplungsvorgängen liegen die Verhältnisse jedoch anders.

Die Integritätsüberprüfung von Zügen wird meist mit Hilfe von Achszähleinrich tungen durchgeführt. Eine typisch Achszähleinrichtung, wie sie etwa aus einem Aufsatz von K. Mindel mit dem Titel "Verfahren zur automatischen Korrektur von Achszählfehlern", Signal und Draht, 86 (1994), Seiten 5 bis 8, bekannt ist, umfaßt mehrere an der Strecke angeordnete Zählpunkte und eine - meist in einem Stellwerk untergebrachte - Achszählauswerteeinrichtung, die die von den Zählpunkten übermittelten Zählimpulse auswertet. Jeder Zählpunkt be steht seinerseits aus einem elektronischen Anschlußkasten, der mit einem oder zwei Schienenkontakten verbunden ist. Wenn am Ende eines Streckenab schnitts bei einem Fahrzeugverband weniger Achsen gezählt werden als am Anfang des Streckenabschnitts, so ist davon auszugehen, daß im Bereich des Streckenabschnitts eine Trennung des Fahrzeugverbandes stattgefunden hat.

Die bekannten Achszähleinrichtungen mit ihren zahlreichen Schienenkontak ten und den notwendigen Verkabelungen verursachen jedoch hohe Kosten, und zwar sowohl bei der Erstinstallation als auch bei der Wartung und bei notwendigen Gleisarbeiten.

Aufgabe

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Integritätsprüfung eines für das Fahren auf Schienen vorgesehenen Fahrzeug verbands anzugeben, bei dem wenige oder keine streckenseitige Einrichtun gen erforderlich sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Verfahren, welches diese Aufgabe löst, ist dem An spruch 1 zu entnehmen; eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 5.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß auf einem Fahrzeug des Fahrzeugver bands angeordnete erste Mittel einen Druckimpuls auf eine Schiene ausüben. Auf demselben Fahrzeug angeordneten zweite Mitteln registrieren in der Schiene sich ausbreitende Druckimpulse. Eine Auswerteeinrichtung stellt an hand der von den zweiten Mitteln registrierten Druckimpulse fest, von wievie len Achsen des Fahrzeugverbandes die von den ersten Mitteln ausgeübten Druckimpulse reflektiert werden. Die auf diese Weise festgestellte Zahl von Achsen wird dann beispielsweise über Funk oder im Gleis verlegte Linienleiter an ein Stellwerk übertragen.

Das erfindungsgemäße Verfahrens benötigt somit keinerlei streckenseitige Einrichtungen. Auf den Fahrzeugen - vorzugsweise den Triebfahrzeugen - sind nur wenige zusätzliche Vorrichtungen erforderlich. Ein zur Ansteuerung und Auswertung der ersten und zweiten Mittel vorzugsweise einzusetzender signal technisch sicherer Rechner ist ohnehin auf modernen Triebfahrzeugen vorhan den, so daß hierfür keine wesentlichen Kosten entstehen. Es werden auch kei ne weiteren, auf anderen Fahrzeugen des Fahrzeugverbands angeordnete Vorrichtungen (Funksender etc.) benötigt.

Bei einem Ausführungsbeispiel nach Anspruch 2 wird die ermittelte Anzahl von reflektierenden Achsen im Fahrzeug selbst weiter ausgewertet. Der Auswerte einrichtung wird vor Fahrtbeginn vom Triebfahrzeugführer oder direkt von ei ner Zentrale (z. B. Stellwerk) die Sollachsanzahl des Fahrzeugverbands zuge führt. Weicht die nach Fahrtbeginn ermittelte Anzahl von Achsen von dieser Sollachsanzahl ab, so veranlaßt die Auswerteeinrichtung eine Alarmhandlung. Bei dieser Alarmhandlung kann es sich z. B. um die Ausgabe eines akusti schen und/oder optischen Signals an den Triebfahrzeugführer oder um die Einleitung einer Zwangsbremsung handeln. Zusätzlich kann das Absenden einer entsprechenden Alarmnachricht an eine Zentrale, z. B. ein Stellwerk, veranlaßt werden. Somit muß bei dieser Variante nicht unbedingt eine Zentra le mitwirken, um die Sicherheit des Betriebs zu gewährleisten.

Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel nach Anspruch 4 wird die ermittelte Anzahl der Achsen dazu verwendet, unter Berücksichtigung der bekannten Schallgeschwindigkeit in der Schiene die Länge des gesamten Fahrzeugverbandes zu ermitteln. Eine genaue Bestimmung der Fahrzeuglänge wird insbesondere von modernen Signalsystemen (beweglicher Streckenblock etc.) benötigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen eingehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Skizze zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemä ßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 Prinzipskizze zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels für eine erfin dungsgemäße Auswerteeinrichtung AUSW.

Fig. 1 zeigt ein Triebfahrzeug TFZ, welches sich an einem Ende eines aus mehreren Fahrzeugen bestehenden Fahrzeugverbands befindet. Ob und in welche Richtung sich der Fahrzeugverband bewegt, ist unerheblich. An einer Achse des Triebfahrzeugs TFZ ist ein Druckimpulsgeber DIG angebracht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um eine Vorrichtung, bei der ein elektromechanisch betätigter Schlegel so in der Nähe der Achse angebracht ist, daß er auf ein Auslösesignals hin gegen die Achse schlägt. Der durch den Aufprall des Schlegels erzeugte Körperschall überträgt sich von der Achse über die Räder auf die Schienen.

Ein derartiger Druckimpulsgeber kann auch direkt über der Oberfläche einer oder beider Schienen angeordnet sein. Der Schlegel schlägt dann unmittelbar auf die Schienenoberfläche und erzeugt somit einen wesentlich stärkeren Druckimpuls, als wenn der Schlag auf die Fahrzeugachse erfolgt.

Der durch den Druckimpulsgeber erzeugte Druckimpuls breitet sich als Kör perschall in Längsrichtung der Schienen aus. Die Dämpfung von Körperschall in Stahlschienen ist bekanntlich sehr schwach, so daß der Druckimpuls auch noch in einigen hundert Metern Abstand vom Druckimpulsgeber registrierbar ist. An den Stellen, an denen Fahrzeugräder auf der Schiene aufliegen, kommt es infolge der dort wirkenden punktuell sehr hohen Auflagekraft zu einer Stö rung der Druckimpulsausbreitung. Diese Störung bewirkt eine teilweise Refle xion des Druckimpulses.

Zum Registrieren der unreflektierten und der reflektierten Druckimpulse ist ein Druckimpulssensor DIS am Fahrzeug angebracht. Bei dem in Fig. 1 dargestell ten Ausführungsbeispiel befindet sich der Druckimpulssensor DIS an einer der Achsen des Triebfahrzeugs TFZ. Ebenso möglich ist beispielsweise eine Anord nung, bei der der Druckimpulssensor DIS wie ein Schleifkontakt direkt auf der Schiene aufliegt. Als Körperschallmikrophone ausgeführte Druckimpulssenso ren sind dem Fachmann geläufig, ohne daß es hierzu eines besonderen Nachweises bedarf.

Die vom Druckimpulssensor DIS erzeugten Sensorsignale werden einer Aus werteeinrichtung AUSW zugeführt. Diese stellt anhand der Sensorsignale fest, von wievielen Achsen des Fahrzeugverbandes der vom Druckimpulsgeber ausgeübte Druckimpuls reflektiert wird.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Auswerteeinrichtung AUSW. Eine zentrale Recheneinheit CPU übermittelt einer Druckimpulsgeber steuereinheit DIGSE ein Kommando, das Ausüben eines Druckimpulses zu veranlassen. In dem die zentrale Recheneinheit CPU steuernden Datenverar beitungsprogramm kann beispielsweise festgelegt sein, daß alle 5 Sekunden eine erfindungsgemäße Integritätsprüfung durch dieses Kommando ausgelöst wird. Die Druckimpulsgebersteuereinheit DIGSE steuert daraufhin den Druck impulsgeber so an, daß zu einem genau definierten Zeitpunkt, z. B. exakt 500 ins nach Eingang des Kommandos, auf die Achse oder unmittelbar auf die Schiene ein Druckimpuls ausgelöst wird.

Der Druckimpulssensor DIS registriert alle in der Schiene sich ausbreitenden Körperschallwellen und führt die Meßsignale einer Sensorsteuereinheit SSE zu. Dort findet eine Aufbereitung, z. B. Verstärkung und/oder Digitalisierung, der Meßsignale statt. Dem Hintergrundrauschen, welches insbesondere während der Fortbewegung des Fahrzeugs erheblich sein kann, sind der unreflektierte Druckimpuls und die von den Achsen des Fahrzeugverbands reflektierten Druckimpulse überlagert. Ein Teil des Hintergrundrauschens wird zunächst durch geeignete Filter in der Sensorsteuereinheit aus dem Meßsignal entfernt. Aus dem verbleibenden Signal ragt der vom unreflektierten Druckimpuls stammende Signalanteil deutlich heraus. Wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, Druckimpulsgeber DIG und Druckimpulssensor direkt räumlich benachbart sind, so ist dieser Signalanteil neben seiner Größe auch daran zu erkennen, daß er nach dem Ausüben des Druckimpulses zuerst, d. h. vor dem Eintreffen der reflektierten Druckimpulse, vom Druckimpulssensor DIS registriert wird.

Dieser unreflektierte Signalanteil wird einem Pulsformspeicher PFS zugeführt und dort gespeichert. Er dient fortan als Referenzsignal, welches in einem Kreuzkorrelator KK mit dem restlichen Signalverlauf kreuzkorreliert wird. Auf diese Weise lassen sich auch die relativ schwachen reflektierten Druckimpulse mit ausreichender Zuverlässigkeit aus dem Hintergrundrauschen herausfiltern.

Der Kreuzkorrelator KK liefert an seinem Ausgang eine Abfolge von Zeitpunk ten, zu denen der Druckimpulssensor DIS einen Druckimpuls registriert hat. Jeder Druckimpuls entspricht dabei einer Achse des Fahrzeugverbands und wird deswegen von der zentrale Recheneinheit CPU gezählt. Achsen von weiter entfernten Fahrzeugverbänden werden wegen des zu geringen Signal/Rausch verhältnisses nicht mehr vom registriert. Gleiches gilt für mehrfach reflektierte Druckimpulse.

Vorzugsweise verfügt die Auswerteeinrichtung AUSW über einen Speicher SP, dem vor der soeben geschilderten Ermittlung der tatsächlichen Achszahl die Sollachsanzahl des Fahrzeugverbands zugeführt worden ist. Die zentrale Re cheneinheit CPU vergleicht dann diese Sollachsanzahl mit der tatsächlichen Achszahl und führt bei einer Abweichung eine Alarmhandlung durch. Eine solche Alarmhandlung kann, wie oben bereits erwähnt, in einer akustischen Warnung an den Triebfahrzeugführer besehen. Die Alarmhandlung ist in Fig. 2 durch das Bezugszeichen AL gekennzeichnet.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist neben dem bereits erwähnten Druckimpulssensor DIS ein weiterer Druckimpulssensor vorgese hen. Eines der von diesen beiden Druckimpulssensoren stammenden Meßsi gnale wird in einem Verzögerungsglied verzögert und mit dem unverzögerten Meßsignal korreliert. Auf diese Weise läßt sich das Registrieren der schwachen reflektierten Druckimpulse weiter verbessern.

Eine weitere Verbesserung ist möglich, indem der Druckimpulsgeber DlG nicht nur einen einzigen, sondern mehrere Druckimpulse in dichter Folge oder in einem charakteristischen zeitlichen Muster auf die Schiene ausübt. Auch die reflektierten Druckimpulse treffen dann in dieser Folge oder in diesem zeitli chen Muster am Druckimpulssensor ein. Auf diese Weise läßt sich die Zuver lässigkeit der Achszählung weiter erhöhten.

Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird die bekannte Schallgeschwindigkeit in der Schiene dazu verwendet, die Länge des Fahr zeugverbandes zu ermitteln. Der zuletzt eintreffende reflektierte Druckimpuls stammt von einem Fahrzeug am Ende des Fahrzeugverbands. Die Zeitspanne zwischen dem Ausüben des vom Druckimpulsgeber DIG erzeugten Druckim pulses und dem Eintreffen des zuletzt eintreffenden Druckimpulses ergibt nach Multiplikation mit der Schallgeschwindigkeit in der Schiene die doppelte Länge des Fahrzeugverbands. Vorausgesetzt wird dabei, daß die in den vorange gangenen Abschnitten beschriebenen Vorrichtungen sich in einem Fahrzeug an einem Ende des Fahrzeugverbandes, z B. dem Triebfahrzeug TFZ, befin den. Die Länge des Fahrzeugverbands wird bei vielen modernen Signalsyste men benötigt und ist insbesondere bei Güterzügen mit ihren vielen einzelnen Fahrzeugen unterschiedlicher Länge auf andere Weise nicht einfach ermittel bar.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die Nutzung nur einer Schiene beschränkt ist. Nicht zuletzt aus Verfügbarkeitsgründen wird es vorzuziehen sein, für jede Schiene einen eigenen Druckimpulssensor und ggf. auch einen eigenen Druckimpulsgeber vorzusehen. Es stehen dann zwei Sensorsignale zur Verfügung, die ggf. miteinander korreliert werden können.

Claims

1. Verfahren zur Integritätsprüfung eines Fahrzeugverbands, der für das Fahren auf Schienen vorgesehen ist und mehrere Fahrzeuge umfaßt, charakterisiert durch folgende Schritte:

a) auf einem Fahrzeug (TFZ) des Fahrzeugverbands angeordnete erste Mittel (DIG) üben einen Druckimpuls auf eine Schiene (S) aus,
b) auf demselben Fahrzeug (TFZ) angeordnete zweite Mittel (DIS) regi strieren in der Schiene sich ausbreitende Druckimpulse,
c) eine Auswerteeinrichtung (AUSW) stellt anhand der von den zweiten Mitteln (DIS) registrierten Druckimpulse fest, von wievielen Achsen des Fahrzeugverbandes der von den ersten Mitteln ausgeübte Druckimpuls reflektiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem

a) die Auswerteeinrichtung die ermittelte Anzahl von Achsen mit einer vorher der Auswerteeinrichtung zugeführten Sollachsanzahl des Fahr zeugverbands vergleicht und
b) eine Alarmhandlung veranlaßt, falls die ermittelte Anzahl von Achsen nicht mit der Sollachsanzahl übereinstimmt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zwei ten Mittel (DIS) Meßsignale erzeugen, deren Auswertung in der Auswerte einrichtung (AUSW) folgende Schritte umfaßt:

a) Isolieren und Abspeichern eines einem unreflektierten Druckimpuls entsprechenden Teils des Meßsignals,
b) Kreuzkorrelieren des abgespeicherten Teils des Meßsignals mit dem übrigen Meßsignal.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem unter Be rücksichtigung der Schallgeschwindigkeit in der Schiene die Länge des Fahrzeugverbandes ermittelt wird.

5. Vorrichtung zur Integritätsprüfung eines Fahrzeugverbands, der für das Fahren auf Schienen vorgesehen ist und mehrere Fahrzeuge umfaßt, mit:

a) auf einem Fahrzeug (TFZ) des Fahrzeugverbands angeordneten ersten Mitteln (DIG) zum Ausüben eines Druckimpulses auf eine Schiene (S),
b) auf demselben Fahrzeug (TFZ) angeordneten zweiten Mitteln (DIS) zum Registrieren von in der Schiene sich ausbreitenden Druckimpul sen,
c) eine Auswerteeinrichtung (AUSW), die anhand der von den zweiten Mitteln (DIS) registrierten Druckimpulsen feststellt, von wievielen Ach sen des Fahrzeugverbandes der von den ersten Mitteln ausgeübte Druckimpuls reflektiert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Auswerteeinrichtung

a) die ermittelte Anzahl von Achsen mit einer vorher der Auswerteeinrich tung zugeführten und in einem Speicher (SP) gespeicherten Sollach sanzahl des Fahrzeugverbands vergleicht und
b) eine Alarmhandlung (AL) veranlaßt, falls die ermittelte Anzahl von Achsen nicht mit der Sollachsanzahl übereinstimmt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei der die zweiten Mittel (DIS) Meßsignale erzeugen und bei dar die Auswerteeinrichtung (AUSW) umfaßt

a) einen Pulsformspeicher (PFS) zum Speichern eines einem unreflektier ten Druckimpuls entsprechenden Teils des Meßsignal und
b) einem Kreuzkorrelator (AK) zum Kreuzkorrelieren des abgespeicherten Teils des Meßsignals mit dem übrigen Meßsignal.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der die zweiten Mittel zwei Druckimpulssensoren (DIS) umfassen.