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Gebiet der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine aus Modulen der industriellen Elektronik
aufzubauende Signaleinrichtung zur Warnung von Kraftfahrzeugen (Kfz)
des Straßenverkehrs vor Annäherung von Eisenbahntriebfahrzeugen
(Tfz) an Bahnübergänge ohne oder mit technischer
Sicherung mithilfe von auf den Tfz der Eisenbahn angebrachten Sendern,
die ein Annäherungswarnsignal ständig ausstrahlen,
mithilfe von Empfängern an den Bahnübergängen
(BÜ), die durch die Warnsignale des Tfz-Senders aktiviert
werden und auf einer anderen Frequenz an Warnsignalempfänger
in den Kfz senden, und mithilfe von Warnsignalempfängern
in den Kfz, die nach Empfang des Warnsignals des BÜ einen
Warnton und/oder ein optisches Signal generieren.
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Bisheriger Stand der Technik
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In
der Bundesrepublik Deutschland existieren 21.400 höhengleiche
Bahnübergänge, verwaltet von der DB AG, davon
ca. 10.000 ohne technische Sicherung [1]. Auf privaten Bahnstrecken
gibt es ungefähr nur halb so viele Bahnübergänge,
der prozentuale Anteil der Bahnübergänge ohne
technische Sicherung ist jedoch bedeutend höher.
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Bahnübergänge
ohne technische Sicherung sind nicht vollkommen ungesichert. Ihre
Sicherung besteht in der Gewährleistung der Übersicht
(Ü) vom Straßenfahrzeug aus, d. h. im Freihalten
der Sichtflächen von beiden Seiten der Straße
nach beiden Seiten des Schienenweges. Dabei wird die Lage der Sichtpunkte
auf dem Schienenweg durch die Annäherungsstrecken der Eisenbahnfahrzeuge
zum BÜ bestimmt. Die Deutsche Eisenbahnbau- und Betriebsordnung
(EBO) kann auch eine nicht technische Sicherung durch Übersicht
und Pfeifen (Ü + P) vorschreiben, die durch eine Geschwindigkeitsbegrenzung
(Langsamfahrstrecke Lf) auf der Schiene vor dem BÜ verstärkt
werden kann (P + Lf). In diesen Fällen werden längs
des Schienenweges Pfeiftafeln (oder Läutetafeln) zu Beginn
der Annäherungsstrecken und Signaltafeln für Langsamfahrstrecken
aufgestellt [2][3]. In jedem Fall muß jedoch der querende Straßenverkehr
selbst prüfen, ob sich ein Eisenbahnfahrzeug nähert.
Eine andere Sicherung an Bahnübergängen ohne technische
Sicherung ist derzeit dem Antragsteller nicht bekannt.
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Im
Jahre 2006 ereigneten sich auf den Bahnübergängen
der DB AG 231 Unfälle, 42% davon auf Bahnübergängen
ohne technische Sicherung. Ein Unfall verursacht im Durchschnitt einen
Schaden in Höhe von ca. 200.000 EUR. Durch Unfälle
mit tödlichem Ausgang sind jährlich ca. 50–60
Personen zu beklagen, ganz abgesehen von den Schwerverletzten und
den Betriebsproblemen im Bahnnetz [1].
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Dieser
aktuelle Zustand ist weniger durch den anwachsenden Automobilverkehr
bedingt, sondern vielmehr durch die große Zahl undisziplinierter oder
unaufmerksamer Autofahrer. Das ist ein unbestreitbarer Fakt, der
durch bloße Warnungen und Aufforderungen zu mehr Aufmerksamkeit
in den Medien nicht wesentlich verändert werden kann. Es
geht um verminderte Konzentration beim Steuern des Fahrzeuges, um
Ablenkung durch Mitfahrende, Abgleiten von Gedanken, Radiohören,
Telefonieren, um die Situation in der Umgebung, evtl. um Übersehen der
Baken am Straßenrand oder der Lichtsignale technisch gesicherter
BÜ infolge Blendung durch entgegenkommende Fahrzeuge oder
durch niedrigen Stand der Sonne und um schlechte Sicht bei widrigen klimatischen
Bedingungen. Die Erhöhung der Sicherheit an Bahnübergängen,
speziell an technisch nicht gesicherten, ist eine ständige
Herausforderung; sie ist inzwischen ein vorrangiges verkehrspolitisches Ziel
geworden.
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Für
technisch gesicherte Bahnübergänge sind in letzter
Zeit verbessernde Lösungen vorgestellt geworden: Aus
EP 0 976 640 B1 [4]
wurde ein Kollisionsschutzsystem bekannt, bei dem mittels Kameras
abgetastet wird, ob der Bahnübergang frei ist. Aus
DE 197 51 468 A1 [5]
wurde ein Sicherungssystem bekannt, bei dem die Eisenbahntriebfahrzeuge per
Funk ihre Annäherung an die Schrankenanlage melden, um
diese so kurz wie nötig zu schließen. Diese Lösungen
kommen – zumindest in Teilen – verschiedenen bereits
praktizierten Überwachungssystemen nahe, bei denen dann
zu Beginn des Bremsweges der Strecke Überwachungssignale
aufgestellt werden [2].
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Aus
EP 176 9997 (KATRIN HARTWIG;
DLR) [6] ist eine Eisenbahnwarneinrichtung bekannt, die Verkehrsteilnehmer
vor der Annäherung von Eisenbahnfahrzeugen an Gefährdungszonen
(hier: Bahnübergänge ohne technische Sicherung)
warnen, wobei auf den Tfz sich Annäherungssignalgeräte
mit Steuer- und Datenfunkeinheiten zur Aussendung eines Annäherungswarnsignales
an die Kfz befinden und auf den Kfz Warnsignalgeräte mit
Steuer- und Datenfunkeinheiten zum Empfang und zur Verarbeitung
der Annäherungswarnsignale installiert sind. Die Steuereinheit
des Tfz bestimmt aus der aktuellen Ortsposition des Tfz und des
Bahnüberganges sowie anderen aktuellen Parametern, ab wann
die Annäherungswarnsignale ausgesendet werden müssen.
Die Steuereinheit des Kfz bestimmt bei Empfang des Annäherungswarnsignales
aus der aktuellen Ortsposition des Kfz und des Bahnüberganges
sowie anderen aktuellen Größen (z. B. momentane
Geschwindigkeit des Kfz), ab wann ein optisches und akustisches Warnsignal
für den Kfz-Fahrer generiert wird, das die potentielle
Gefahr am Bahnübergang anzeigt. Das Verfahren erfordert
sowohl auf den Tfz als auch den Kfz Software- und gerätetechnischen
Aufwand und ist nicht von den Risiken der satellitengestützten
Ermittlung der aktuellen Ortspositionen des Tfz und des Kfz unabhängig.
Das Patent beansprucht daher nicht nur den Schutz des Verfahrens,
sondern auch den des Annäherungssignalgerätes
auf den Tfz und des Warnsignalgerätes auf den Kfz.
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Ziel
und Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung
der Sicherheit an Bahnübergängen ohne technische
Sicherung, indem mit geringem technischem Aufwand eine einfache
und robuste Warnsignaleinrichtung geschaffen wird, mit deren Hilfe
auf kostengünstige Weise und ohne Eingriff in die vorhandene
Leit- und Steuerungstechnik der Eisenbahninfrastruktur eine Warnung
an die Kraftfahrzeuge des Straßenverkehrs vor den Gefahren
an Bahnübergängen ohne technische Sicherung bei sich
annähernden Eisenbahnfahrzeugen ermöglicht wird,
wobei zur technischen Realisierung Module der industriellen Elektronik
verwendet werden. Durch die geforderte autarke Funktionsweise soll
für Bahnübergänge mit technischer Sicherung
die Warnsignaleinrichtung eine äußerst preiswerte
Reservesicherung darstellen.
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Wesen der technischen Lösung
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Die
Aufgabe wird mit einer räumlich verteilten Warnsignaleinrichtung
gelöst, die aus folgenden drei Komponenten besteht:
Am
Triebfahrzeug wird eine ständig aktive Quelle eines Radiosignals
angebracht. Es handelt sich um einen Sender geringer Leistung, der
vom elektrischen Bordnetz des Tfz gespeist wird. Sobald sich der Bahnübergang
ohne technische Sicherung in Reichweite des Tfz-Senders befindet,
wird ein am Bahnübergang installierter Sender aktiviert.
Die Reichweite des Tfz-Senders sollte nicht geringer als die größere Annäherungsstrecke
oder als der Bremsweg der Strecke bei der örtlich zulässigen
Geschwindigkeit auf der Schiene sein, als Richtwert kann auch die Größenordnung
der Einschaltstrecke für Lichtzeichenanlagen (evtl. auch
für BÜSTRA- und vLz-Anlagen) dienen.
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Der
Sender am BÜ weist ebenfalls eine sehr geringe Leistung
auf (ca. 1 Watt) und wird auf einer anderen Frequenz betrieben,
die sich deutlich von der Frequenz des Tfz-Senders unterscheidet.
Die Signale des Senders am BÜ werden von den Kraftfahrzeugen
empfangen, und zwar als Warnung vor einem sich nähernden
Zug. Der Sender am BÜ kann an das nächste Eisenbahnkabel
oder an das öffentliche Niederspannungsnetz, in Ausnahmefällen
an eine Solarzelle, angeschlossen werden. Sein Leistungsbedarf ist
geringer als 1 W. Als Orientierung für seine Mindestreichweite
dient ein repräsentativer Wert des Anhalteweges der Straßenfahrzeuge
nach einer Betriebsbremsung bei der zulässigen Geschwindigkeit und
unter Berücksichtigung von Gefällen vor dem BÜ,
der Straßenoberfläche u. ä. oder auch
in sehr grober Näherung der dreifache Bakenabstand (3 × 80
m = 240 m) als Maximalwert. Wie der Anhalteweg kann auch die Mindestreichweite
des Senders von Bahnübergang zu Bahnübergang verschieden
sein. Am Sender ist die Mindestreichweite daher einstellbar.
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Der
Empfänger im Kraftfahrzeug ist ständig betriebsbereit
und wird vom elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeuges gespeist,
sein Leistungsbedarf ist mit 0.1 W äußerst gering.
Die von ihm ausgelöste Warnung vor einen sich nähernden
Zug kann durch schrille Töne und evtl zusätzlich
durch optische Signale erfolgen. Diese Warnung hat auch eine deutliche
psychologische Wirkung auf den Fahrer. Der Empfänger weist
einen Auswerteschaltkreis auf, der nach ca. 25 sec das Warnsignal
ausschaltet, damit es nicht zu einer Belästigung des Kfz-Führers
während des Wartens vor dem Bahnübergang kommt.
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Beispiel für die
Realisierung der technischen Lösung
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Eine
wichtige Komponente der Signaleinrichtung bildet der Sender am Schienen-Tfz.
Eine niedrige Sendeleistung bedeutet im Beispielfalle, dass die Reichweite
des Tfz-Senders ca. 500 m beträgt. Ein Zug mit einer am
BÜ örtlich zulässigen Geschwindigkeit
von 80 km/h (Nebenbahnen) legt diese Entfernung in 22.5 sec zurück.
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Die
zweite Komponente der Signaleinrichtung ist der Sender am Bahnübergang,
der am Träger des Straßenverkehrszeichens für
einen Bahnübergang (Andreaskreuz) oder an einem anderen
Objekt in dessen Nähe befestigt werden kann. Sobald sich der
BÜ in der Reichweite des Tfz.-Senders befindet, beginnt
der Sender am BÜ, seine Signale für die Kfz auszusenden.
Das Aussenden des Radiosignals für die Kraftfahrzeuge beginnt
im angenommenen Beispiel also 22,5 sec vor dem Passieren des Eisenbahn-Tfz
Im Beispiel betrage der repräsentative Wert des Anhalteweges
des Kfz Ca. 150 m. Er kann sich in Abhängigkeit von den örtlichen
Bedingungen von Bahnübergang zu Bahnübergang unterscheiden. Dann
lassen sich am Sender die zugehörigen Reichweiten einstellen,
in jedem Falle sind nur relativ niedrige Sendeleistungen (< 1 W) erforderlich.
Bei einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges von 50 km/h wird obige
Entfernung in 10,8 sec zurückgelegt.
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Wenn
bei Annäherung des Kfz an den BÜ das Warnsignal
in einem Abstand ~ 150 m einsetzt, kann das Kraftfahrzeug vor dem
Bahnübergang durch eine Betriebsbremsung sicher angehalten
werden. Falls sich das Kraftfahrzeug im Moment des Eintretens des
Warnsignals schon in einem Abstand << 150
m vor dem BÜ oder bereits unmittelbar vor oder sogar auf
dem Bahnübergang befindet und nicht mehr gefahrlos abgebremst
werden kann, bleibt noch genügend Zeit, um den Bahnübergang
vor dem Eintreffen des Zuges sicher zu räumen.
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Die
dritte Komponente der Signaleinrichtung ist ein einfacher Empfänger,
der unmittelbar neben dem Fahrer des Kraftfahrzeuges installiert
ist und die Signale des Senders am BÜ empfangt. Sobald
sich das Kfz bei seiner Annäherung an den BÜ in
Reichweite des (aktivierten) Senders am BÜ befindet und ein
akustischer Warnton ertönt und evtl. zusätzlich ein
optisches Signal sichtbar wird, ist der Fahrer des Kfz informiert
und gewarnt, dass sich zugleich ein Schienen-Tfz (hier im Abstand
von ≤ 500 m) dem Bahnübergang nähert.
Der Fahrer des Kfz sollte dann abbremsen und sich dem Bahnübergang
vorsichtig nähern, um rechtzeitig anhalten und warten zu können.
Wenn das akustische Signal in einem Abstand << 150
m vom BÜ, unmittelbar vor oder sogar auf dem Bahnübergang
zu tönen beginnt, kann der Gefahrenbereich des Bahnübergangs
problemlos geräumt werden.
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Ein
Auswerteschaltkreis des Empfängers im Kraftfahrzeug gewährleistet
eine Abschaltung des akustischen Signals nach einer gewissen Zeit,
z. B. nach ca. 25 sec, damit keine Belästigung der Fahrzeuginsassen
während des Wartens vor dem BÜ entsteht.
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Sollte
sich das Kraftfahrzeug auf einer nahezu parallel zum Schienenstrang
verlaufenden Fahrbahn bewegen und dann zum Bahnübergang
ohne technische Sicherung einbiegen, sieht der Fahrer den Bahnübergang
in der Regel erst im letzten Augenblick vor dem Passieren des BÜ.
Bei installierter räumlich verteilter Signaleinrichtung
bekommt auch in diesem Fall der Fahrer des Kraftfahrzeuges das Warnsignal
rechtzeitig vor dem Einbiegen auf den Bahnübergang und
kann sich auf die Situation einstellen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
zur räumlich verteilten Signaleinrichtung benötigten
Sender und Empfänger werden heute in bekannter Weise industriell
hergestellt und in der Radio- und Fernwirktechnik vielseitig verwendet.
Die konkrete Modifikation der Signale der Sender und der Auswerteschaltkreise,
d. h. die Anpassung der Geräte an die konkrete Einsatzsituation
als Komponenten der räumlich verteilten Signaleinrichtung,
ist heutzutage eine Routineangelegenheit konstruktiver Art und wird
vor Aufnahme der Komponenten in die Produktion zusammen mit dem
Nutzerkreis abgestimmt und festgelegt.
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Es
ist hierbei im Unterschied zu anderen bekannt gewordenen Eisenbahnwarneinrichtungen
keinerlei Software-Entwicklung erforderlich, auch ist keine spezielle
Gerätetechnik nötig, weshalb die gesamte Signaleinrichtung
nicht nur einfach und robust ist, sondern sich auch unkompliziert
und kostengünstig installieren lässt.
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Jedoch
zur breiten Einführung in den Straßen- und Schienenverkehr
ist es notwendig, dass alle für den sensiblen Bereich des
Bahnüberganges zuständigen Stellen der „Straße"
und der „Schiene" gemeinschaftlich handeln. Dies ist eine
seit Jahren erhobene Forderung der Fachwelt, da in diesem Zusammenwirken
auch erhebliche Sicherheitspotentiale gesehen werden.
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Die
Deutsche Bahn AG installiert an den Triebfahrzeugen und an Bahnübergängen
ohne technische Sicherung die oben beschriebenen Komponenten. Die
zeitliche Reihenfolge bestimmt hierbei die DB AG.
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Parallel
dazu sollte die motorisierte Öffentlichkeit in den Medien über
die Einführung dieser räumlich verteilten Signaleinrichtung
informiert werden.
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Nach
vorsichtigen Schätzungen lässt sich mit nur geringen
Aufwendungen der kleine Empfänger in den Kfz erwerben und
nachträglich in die bereits im Verkehr befindlichen Fahrzeuge
installieren. Der Preis könnte durch Zuschüsse
von Versicherungen reduziert werden. Neuwagen werden in Absprache
mit dem Hersteller einen Empfänger bereits in der Grundausstattung
haben, das Gleiche trifft auch auf den LKW- und Autobusverkehr zu.
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Die
Sendefrequenzen der räumlich verteilten Warnsignaleinrichtung
werden sich in dem für industrielle Anwendungen festgelegten
Bereich bewegen. Die Signale können auch kodiert werden.
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Die
räumlich verteilte Warnsignaleinrichtung stellt in ihrer
technischen Lösung eine zusätzliche Signaleinrichtung
dar, die die Sicherheit namentlich an Bahnübergängen
ohne technische Sicherung wesentlich erhöht. Sie greift
jedoch in keiner Weise in die bisherige Signal- und Steuerungstechnik
sowohl des Straßen- als auch des Schienenverkehrs ein.
Die jeweils vorhandenen Signalanlagen bleiben unverändert.
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Die
räumlich verteilte Warnsignaleinrichtung funktioniert autark
und kann deshalb ohne Probleme als Reservesicherung an technisch
gesicherten Bahnübergängen dienen. Für
eine solche Variante besteht der technische Aufwand nach Einführung
der Warnsignaleinrichtung an den BÜ ohne technische Sicherung
nur in der Installation des Senders am Bahnübergang und
ist ausgesprochen gering.
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Die
räumlich verteilte Warnsignaleinrichtung befreit den Kraftfahrzeugführer
jedoch nicht von der Verantwortung und Pflicht, die Straßenverkehrsordnung
mit ihren bisherigen Signalanlagen und die zulässigen Höchstgeschwindigkeiten
zu respektieren.
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Literatur:
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- [1] Angaben der Deutsche Bahn Netz
AG, Niederlassung Südwest Karlsruhe, für das Jahr
2006
- [2] Fendrich, L. (Hrsg.): Handbuch Eisenbahninfrastruktur.
Springer Berlin Heidelberg New York 2007
- [3] EBO Eisenbahnbau- und Betriebsordnung, letzte Änderung
vom 31. Oktober 2006 [BGB1. I S. 2407, 2470]
- [4] Europäische Patentschrift EP 0 976 640 B1
- [5] Deutsche Patentschrift DE 197 51 468 A1
- [6] Hartwig, K. (DLR): Europäische Patentschrift EP 176 9997
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0976640
B1 [0006, 0027]
- - DE 19751468 A1 [0006, 0027]
- - EP 1769997 [0007, 0027]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Angaben der
Deutsche Bahn Netz AG, Niederlassung Südwest Karlsruhe,
für das Jahr 2006 [0027]
- - Fendrich, L. (Hrsg.): Handbuch Eisenbahninfrastruktur. Springer
Berlin Heidelberg New York 2007 [0027]
- - EBO Eisenbahnbau- und Betriebsordnung, letzte Änderung
vom 31. Oktober 2006 [BGB1. I S. 2407, 2470] [0027]