DE19946227C1 - Rail breakage detection method for train track uses evaluation of acoustic oscillations obtained from track rail under dynamic loading - Google Patents

Rail breakage detection method for train track uses evaluation of acoustic oscillations obtained from track rail under dynamic loading

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Abstract

The rail breakage detection method detects the acoustic oscillations provided by the track rail when dynamically loaded by a train, using stationary or onboard acoustic detectors, with filtering of the acoustic oscillations, for separating the oscillations resulting from a track breakage from the usual acoustic oscillations of the track rail. The filter characteristics may be matched to the train type or velocity.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method according to the Oberbe handle of claim 1.

Ein solches Verfahren ist u. a. aus der DE 41 16 997 A1 be­ kannt. Dort geht es um das Erfassen von unerwünschten Verän­ derungen oder Manipulationen an langgestreckten körperschall­ leitenden Gebilden, insbesondere Fahrschienen im Bahnbetrieb. Der jeweilige Schienenzustand wird dadurch erkannt, daß min­ destens ein akustischer Sender ein akustisches Signal in die Fahrschiene einkoppelt und daß ein vom Sender entfernt an die Fahrschiene angeschlossener akustischer Empfänger das ihm über die Fahrschiene vom Sender zugeführte akustische Signal empfängt. Eine durch eine Unterbrechung der Fahrschiene her­ vorgerufene charakteristische Änderung des akustischen Si­ gnals wird in einer Auswerteeinrichtung ermittelt und zur Ab­ gabe eines Meldesignals verwendet. Charakteristische Änderun­ gen im Übertragungsverhalten einer Fahrschiene werden dadurch erkannt, daß die Amplituden und/oder Frequenzen der empfange­ nen akustischen Signale bewertet und die aus den beiden Fahr­ schienen eines Gleises jeweils ausgekoppelten akustischen Si­ gnale miteinander verglichen werden. Bei einer Schienenunter­ brechung kommt es zu markanten Änderungen der akustischen Si­ gnale in den Fahrschienen eines Gleises.Such a method is u. a. from DE 41 16 997 A1 knows. It is about capturing unwanted changes changes or manipulations to elongated structure-borne noise conductive structures, especially rails in rail operations. The respective rail condition is recognized by the fact that min at least an acoustic transmitter emits an acoustic signal into the Coupled rail and that one away from the transmitter to the Acoustic receiver connected to the rail that him Acoustic signal supplied by the transmitter via the travel rail receives. One due to an interruption in the rail called characteristic change of the acoustic Si gnals is determined in an evaluation device and is used for the Ab used a notification signal. Characteristic changes conditions in the transmission behavior of a rail recognized that the amplitudes and / or frequencies of the received NEN acoustic signals evaluated and those from the two driving rails of a track decoupled acoustic Si gnale are compared with each other. With a rail sub refraction there are striking changes in the acoustic Si gnale in the rails of a track.

Das bekannte Verfahren zum Erfassen von unerwünschten Ände­ rungen oder Manipulationen an Fahrschienen erfordert zwingend den Einsatz von akustischen Sende- und Empfangseinrichtungen an den Fahrschienen. Diese Sende- und Empfangseinrichtungen benötigen jeweils eine Energieversorgungseinrichtung und sie müssen zur Meldungsabgabe mit vorzugsweise entfernten Alarm­ gebern verbunden sein.The known method for detecting unwanted changes Any manipulation or manipulation of the rails is imperative the use of acoustic transmitters and receivers on the rails. These sending and receiving devices each need an energy supply facility and they  must submit the message with preferably removed alarm be connected to donors.

In der nicht vorveröffentlichten DE 198 25 764 A1 wird über ein Verfahren zur Zustandsbewertung eines Bahngleises berich­ tet, bei dem ein Schienenfahrzeug akustische Signale in min­ destens eine Fahrschiene des Bahngleises einspeist und die daraufhin in der Schiene erzeugten Signalantworten bewertet. Diese verändern sich u. a. in Abhängigkeit von der aktuellen Gleisbelegung, dem Schienenzustand und bei Gleisbauarbeiten.In the unpublished DE 198 25 764 A1 about a method for assessing the condition of a railroad track tet, in which a rail vehicle audible signals in min at least feeds a rail of the train track and the then evaluated signal responses generated in the rail. These may change. a. depending on the current Track allocation, the rail condition and for track construction work.

In der ebenfalls nicht vorveröffentlichten DE 198 26 765 A1 wird über ein ähnliches Verfahren zur Zustandsbewertung eines Bahngleises berichtet, bei dem die aktuell ermittelten Si­ gnalantworten mit früher ermittelten Signalantworten vergli­ chen und aus etwaigen Abweichungen auf den aktuellen Zustand des Gleises geschlossen wird.In likewise not previously published DE 198 26 765 A1 a similar procedure for assessing the condition of a Railway tracks reported, in which the currently determined Si Compare signal responses with previously determined signal responses and from any deviations to the current state of the track is closed.

Beide Veröffentlichungen bewerten den Zustand eines Bahnglei­ ses aus Signalantworten als Reaktion auf in die Schienen des Gleises eingeleitete akustische Signale.Both publications assess the condition of a railroad track ses from signal responses in response to the rails of the Track-initiated acoustic signals.

In IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, Vol. 1A-10, No. 3, May/June 1974, Seiten 380-384 wird über verschiedene Sensoren und Sensoranordnungen zum Erkennen von Rissen und Spalten in Fahrschienen berichtet. Hierbei handelt es sich aber nicht um Schienenbrüche im eigentlichen Sinne, sondern um Unregelmäßigkeiten innerhalb von Schienen als Folge von Abkühlungsprozessen während der Schienenherstellung.In IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, Vol. 1A-10, No. 3, May / June 1974, pages 380-384 is about various Sensors and sensor arrangements for the detection of cracks and Columns in rails reported. This is it but not about broken rails in the actual sense, but to track irregularities as a result of Cooling processes during rail production.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1 anzugeben, bei dem auf das Einkoppeln von akustischen Signalen in eine zu überwachende Fahrschiene verzichtet werden kann.The object of the invention is a method according to the Oberbe handle of claim 1 to specify, in the coupling  from acoustic signals to one to be monitored Rail can be dispensed with.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des An­ spruches 1. Danach werden die Fahrschienen dahingehend auf etwaige Schienenbrüche überwacht, daß die Gefügeverschiebun­ gen im Bereich eines Schienenbruches, die bei Belastung der gebrochenen Fahrschiene durch ein die Bruchstelle befahrendes oder sich ihr näherndes oder sich entfernendes Fahrzeug in der Fahrschiene entstehen, detektiert und bewertet werden. Die im Bereich einer Bruchstelle bei Belastung durch Gefüge­ verschiebungen entstehende Körperschallschwingungen sind mar­ kant verschieden von den Laufgeräuschen der Fahrzeugräder auf den Schienen und den bei nicht gebrochenen Fahrschienen in den Fahrschienen durch Druck und Biegung entstehenden Schwin­ gungen. Sie lassen sich durch geeignete Filtermaßnahmen ein­ deutig von sonstigen akustischen Schwingungen unterscheiden. Zum Herausfiltern der auf Gefügeverschiebungen beruhenden Körperschallschwingungen aus den übrigen aus der Fahrschiene auskoppelbaren akustischen Schwingungen werden diese vorteil­ haft in elektrische Schwingungen umgesetzt und dann durch ein elektrisches Bandfilter oder Filter mit Hoch- und Tiefpaßver­ halten geschickt, die so abzustimmen sind, daß ihre Durchlaß­ charakteristik die Frequenzen beinhaltet, die bei Belastung durch ein Fahrzeug an einem Schienenbruch typischerweise auf­ treten. Die empfangsseitige Filtercharakteristik ist gegebe­ nenfalls fahrzeugtypabhängig und/oder geschwindigkeitsabhängig veränderbar vorzugeben, um einen möglichst großen Störab­ stand der auf Gefügeverschiebungen beruhenden akustischen Si­ gnale von den übrigen akustischen Signalen der Fahrschiene zu erzielen. Auch selbstadaptierende/lernende Filter können ein­ gesetzt werden.The invention solves this problem by the features of the saying 1. Then the rails are opened accordingly possible rail breaks monitors that the structural displacement conditions in the area of a rail break, which when the broken track by a one driving through the break point or your approaching or moving vehicle in of the running track are created, detected and evaluated. That in the area of a breaking point when loaded by structure displacements resulting structure-borne noise are mar edged differently from the running noise of the vehicle wheels the rails and in the case of unbroken rails in the swing caused by pressure and bending conditions. You can get involved with suitable filter measures distinguish clearly from other acoustic vibrations. To filter out those based on structural displacements Structure-borne noise from the rest of the track decouplable acoustic vibrations are this advantage converted into electrical vibrations and then through a electrical band filter or filter with high and low pass keep sent, which are to be tuned so that their passage characteristic includes the frequencies that are under load typically caused by a vehicle at a rail break to step. The filter characteristic at the receiving end is given otherwise depending on the vehicle type and / or speed  to be changeable in order to maximize the disturbance stood the acoustic Si based on structural shifts signals from the other acoustic signals on the rail achieve. Self-adapting / learning filters can also be used be set.

Die akustischen Schwingungen zum Erkennen von Schienenbrüchen können auf den die Fahrschienen befahrenden Fahrzeuge detek­ tiert werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, auf den Fahrzeugen entsprechende akustische Detektoren vorzusehen und an die jeweils befahrene Fahrschiene anzukoppeln. Dies kann dadurch geschehen, daß solche akustische Detektoren in kör­ perschalleitender Verbindung zu einer Fahrzeugachse angeord­ net sind.The acoustic vibrations to detect broken rails can detect the vehicles traveling on the rails be animals. It is only necessary to do this on the Provide vehicles with appropriate acoustic detectors and to be coupled to the running rail. This can happen that such acoustic detectors in kör perconductive connection arranged to a vehicle axle are not.

Die akustischen Schwingungen zum Erkennen von Schienenbrüchen können aber auch von an den Fahrschienen angeordnete akusti­ schen Detektoren aufgenommen werden. Dabei sind entlang einer Strecke eine Vielzahl einzelner oder paarweise im Abstand voneinander angeordneter ortsfeste Detektoren vorzusehen, die auf geeignete Weise mit der zu überwachenden Fahrschiene in körperschalleitender Verbindung stehen. Als Energieversorgung solcher ortsfester Detektoren können beispielsweise Piezo- Kristalle dienen, die bei Annäherung eines Fahrzeugrades eine druckproportionale Ausgangsspannung zur Energieversorgung ei­ nes zugehörigen ortsfesten Detektors liefern.The acoustic vibrations to detect broken rails but can also arranged on the rails acousti between detectors. Are along one Stretch a large number of individually or in pairs at a distance fixed detectors arranged from each other to provide the in a suitable manner with the rail to be monitored in body shell conductive connection. As an energy supply such fixed detectors can, for example, Crystals are used when a vehicle wheel approaches Output voltage proportional to pressure for energy supply deliver its associated fixed detector.

Die von den Fahrzeugen oder von ortsfesten Detektoren erkann­ ten Schienenbrüche sind vorteilhaft an eine zentrale Einrich­ tung zu melden, die aus den übermittelten Meldungen den Ort eines erkannten Schienenbruches erkennt und eine vorgebbare Sicherungsmaßnahme, wie z. B. die Sperrung eines Gleisberei­ ches mit einer defekten Fahrschiene, veranlaßt. Die Übermittlung dieser Informationen geschieht vorzugsweise über ein Fahrzeug des Zuges, der die markante Gefügeverschiebung im Schienenbruchbereich der Fahrschiene herbeiführt; das Fahr­ zeug kann dabei auch nur Relaisfunktionen bei der Übermitt­ lung entsprechender Meldungen von einem ortsfesten akusti­ schen Detektor übernehmen; die Meldungen des Fahrzeugs bzw. der ortsfesten Detektoren beinhalten Positionsangaben über den jeweiligen Empfangsort der akustischen Schwingungen.Detected by the vehicles or by fixed detectors Rail breaks are advantageous to a central facility to report the location from the transmitted messages recognizes a detected rail break and a predeterminable one Security measure, such as B. the closure of a railway ches with a defective track, caused. The transmission  this information is preferably done via a Vehicle of the train, which shows the distinctive structure shift in the Causes the rail to break; the ride Witness can only relay functions in the transmission appropriate messages from a fixed acousti take over detector; the messages of the vehicle or of the fixed detectors contain position information about the respective receiving location of the acoustic vibrations.

Es ist auch möglich, die auf Gefügeverschiebungen beruhenden Körperschallschwingungen vor Ort an der Strecke oder auf den Fahrzeugen zu bewerten und die entsprechenden Bewertungser­ gebnisse an eine zentrale Einrichtung zu übermitteln und es ist aber auch möglich, aus den akustischen Schwingungen abge­ leitete elektrische Meßgrößen von den Fahrzeugen oder den ortsfesten Detektoren - ggf. über die Fahrzeuge - an die zen­ trale Einrichtung zu übermitteln und dort die Bewertung die­ ser Meßgrößen vorzunehmen. Aufgrund der Bewertungsergebnisse kann dann die zentrale Einrichtung die vorgegebenen Siche­ rungsmaßnahmen zum Sichern des defekten Gleises durchführen.It is also possible to rely on structural shifts Structure-borne noise on site along the route or on the Evaluate vehicles and the appropriate evaluators report results to a central facility and it is also possible, however, from the acoustic vibrations derived electrical parameters from the vehicles or stationary detectors - possibly via the vehicles - to the zen central facility and submit the assessment there make measurands. Based on the evaluation results the central facility can then use the specified security Carry out measures to secure the defective track.

In vorteilhafter Weise werden jeweils beide Fahrschienen ei­ nes Gleises auf das Auftreten von akustischen Schwingungen überwacht, die auf Gefügeverschiebungen an fahrzeugbelasteten gebrochenen Fahrschienen beruhen.Advantageously, both rails are egg track on the occurrence of acoustic vibrations monitors the structure changes on vehicle-loaded broken rails are based.

Claims (9)

1. Verfahren zum Erkennen eines Schienenbruches an einer Fahrschiene durch Bewerten von aus der Fahrschiene auskoppel­ baren akustischen Signalen, wobei beim Erkennen typischer in der Fahrschiene auftretender Körperschall-Schwingungen auf das Vorhandensein eines Schienenbruches geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Schwingungen der Fahrschiene detektiert werden, die bei Belastung der Fahrschiene durch ein Fahrzeug in der Fahrschiene auftreten und auf die Belastung durch das Fahrzeug zurückzuführen sind und daß die Detektion so durch­ geführt wird, daß dabei Gefügeverschiebungen der dynamisch belasteten Fahrschiene an den Kanten und/oder Randzonen eines Schienenbruches erkannt werden. 1. A method for detecting a broken rail on a rail by evaluating uncouplable acoustic signals from the rail, wherein when recognizing typical structure-borne noise vibrations in the rail is inferred about the presence of a broken rail, characterized in that the acoustic vibrations of the rail are detected that occur when the rail is loaded by a vehicle in the rail and can be attributed to the load from the vehicle and that the detection is carried out in such a way that structural displacements of the dynamically loaded rail are detected at the edges and / or edge zones of a rail break . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Fahrschiene auskoppelbaren akustischen Schwingungen oder daraus abgeleitete elektrische Schwingungen vor ihrer Bewertung gefiltert werden, wobei die Durchlaßcha­ rakteristik der verwendeten Filter auf die akustischen oder elektrischen Schwingungen abzustimmen sind, die bei Belastung durch ein Fahrzeug an einem Schienenbruch typischerweise auf­ treten.2. The method according to claim 1, characterized, that the acoustic can be decoupled from a rail Vibrations or electrical vibrations derived from them are filtered before their evaluation, the pass-through characteristic of the filters used on the acoustic or electrical vibrations are to be coordinated with the load typically caused by a vehicle at a rail break to step. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtercharakteristik fahrzeugtypabhängig und/oder ge­ schwindigkeitsabhängig veränderbar vorgegeben wird. 3. The method according to claim 2, characterized, that the filter characteristic depending on the vehicle type and / or ge can be changed depending on the speed.   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Schwingungen von einem die Fahrschiene befahrenden Fahrzeug detektiert werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized, that the acoustic vibrations from one the running rail driving vehicle can be detected. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Schwingungen durch mindestens einen an mindestens einer Achse des Fahrzeugs angekoppelten akusti­ schen Detektor aus der Fahrschiene ausgekoppelt werden.5. The method according to claim 4, characterized, that the acoustic vibrations by at least one acousti coupled to at least one axle of the vehicle be detached from the rail. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Schwingungen von mindestens einem orts­ fest an einer Fahrschiene angeordneten akustischen Detektor aufgenommen werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized, that the acoustic vibrations from at least one place acoustic detector fixed to a running rail be included. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß entlang einer Strecke mehrere einzeln oder paarweise im Abstand voneinander an den Fahrschienen angeordnete ortsfeste Detektoren installiert sind.7. The method according to claim 6, characterized, that along a route several individually or in pairs in Fixed, spaced apart on the rails Detectors are installed. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Fahrzeug oder einem ortsfesten Detektor er­ kannter Schienenbruch ortsbezogen an eine zentrale Einrich­ tung zum Ausführen mindestens einer vorgebbaren Sicherungs­ maßnahme gemeldet wird. 8. The method according to any one of claims 3 to 7, characterized, that one of a vehicle or a fixed detector he known rail break location-related to a central facility device for executing at least one predefinable backup measure is reported.   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertung der akustischen Schwingungen auf einem Fahrzeug, in einem ortsfesten Detektor und/oder in einer zen­ tralen Einrichtung erfolgt, an die von dem oder den jeweili­ gen Schwingungsaufnehmern aus den akustischen Schwingungen abgeleitete Meßgrößen ortsbezogen zu übertragen sind und daß von der zentralen Einrichtung beim Erkennen eines Schienen­ bruches mindestens eine vorgebbare Sicherungsmaßnahme ausge­ führt wird.9. The method according to any one of claims 3 to 8, characterized, that the evaluation of acoustic vibrations on a Vehicle, in a fixed detector and / or in a zen central facility takes place to which of the or each against vibration sensors from the acoustic vibrations derived measured variables are to be transmitted locally and that from the central facility when recognizing a rail break out at least one predefinable security measure leads.
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