DE3738696C2 - Verfahren und Einrichtung zur Ortung eines Schienenbruches - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Ortung eines SchienenbruchesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
Seit langer Zeit werden zur Freimeldung von
Eisenbahnstrecken Gleisstromkreise der verschiedensten
Art eingesetzt. Eine Übersicht über die heute üblichen
Arten von Gleisstromkreisen ist z. B. in einem Aufsatz von
Arno Dickschen und Werner Frank in "Signal und Draht" 61
(1969), Heft 12, Seiten 196 ff gegeben. Hier sind im
Abschnitt 1, im Zusammenhang mit Bild 1 und 2,
Gleisstromkreise beschrieben, die zur Trennung von den
Nachbargleisstromkreisen Isolierstöße verwenden und mit
Gleichstrom oder niederfrequentem Wechselstrom betrieben
werden. Solche Gleisstromkreise eignen sich vor allem zur
Freimeldung langer Gleisabschnitte, in denen die für
trennstoßfreie Gleiskreise erforderlichen,
höherfrequenten Gleisströme zu stark gedämpft würden.
Aus einem Aufsatz von G. Gauglitz mit dem Titel "Der Gleisstromkreis - sein Aufbau und
seine Berechnung", Deutsche Eisenbahntechnik, 1956, H. 8, S. 311-316, sind die
theoretischen Grundlagen bekannt, die bei der Berechnung von Gleisstromkreisgrößen zu
beachten sind. Da ein Gleichstromkreis grundsätzlich nichts anderes ist als eine elektrische
Doppelleitung, können die aus der Theorie der Doppelleitung (Telegraphengleichung etc.)
bekannten Ergebnisse prinzipiell übernommen werden. Angegeben werden insbesondere
Beziehungen zur Bestimmung des Leerlauf- und Kurzschlußeingangswiderstands, des
Bettungswiderstands und des Schienenwiderstands.
Ähnlichen Inhalts ist auch ein Aufsatz von H.-U. Meyer mit dem Titel "Der Achskurzschluß
bei Gleisstromkreisen mit Wechselspannungen", Signal und Draht, 1957, H. 11, S. 159-165.
Dort werden Ersatzschaltbilder für unterschiedliche Betriebssituationen angegeben, etwa für
Achskurzschluß bei günstigen oder ungünstigen Bettungsbedingungen. Der Aufsatz ist später
noch einmal nahezu inhaltsgleich und mit gleichem Titel von H.-U. Meyer und W. Frank in
Signal und Draht, 1972, H. 6/7, S. 90-98, veröffentlicht worden.
Aus einem Aufsatz von W. Fenner mit dem Titel "Die Frequenzabhängigkeit der Parameter
des Gleichstromkreises", Deutsche Eisenbahntechnik, 1962, H. 1, S. 34-40, sind
verschiedene Verfahren bekannt zur Messung verschiedener im Zusammenhang mit
Gleisstromkreisen auftretenden Größen. Die Verfahren werden jeweils aus den
Grundgleichungen der Leitungstheorie abgeleitet. Erläutert ist dort insbesondere die
meßtechnische Bestimmung des Gleiseingangswiderstandes bei offenem und bei
kurzgeschlossenem Gleisstromkreis, des Schienenwiderstandes und der Bettungsableitung.
Ein wesentlicher Vorteil von Gleisstromkreisen gegenüber
anderen Gleisfreimeldeeinrichtungen wie z. B. Achszählern
ist darin zu sehen, daß mit Gleisstromkreisen auch
Schienenbrüche, die zur elektrischen Unterbrechung einer
Schiene führen, festgestellt werden können. Solche
Schienenbrüche machen sich dadurch bemerkbar, daß der
Gleisstrom am Ort des Gleisstromkreisempfängers
verschwindet, obgleich sich keine Achse im Gleisabschnitt
befindet.
Wird ein solcher Schienenbruch festgestellt, so muß
dieser unverzüglich gesucht und beseitigt werden, da er
eine unmittelbare Gefahr für die Zugfahrt darstellt.
Aus der GB 2 074 768 A ist eine Schaltungsanordnung zur Erkennung von Schienenbrüchen
bei Gleisen bekannt. Die Schaltungsanordnung beruht auf einem Wechselstromkreis und ist
bei Gleisen einsetzbar, bei denen der Fahrstrom über beide Schienen abfließt. Im Normalfall
bewirkt der Wechselstromkreis, daß ein Relais in kurzen Abständen geöffnet und geschlossen
wird. Im Falle eines Schienenbruches weicht der Wechselstromkreis auf einen parallel zum
Gleis gelegten Ersatzleiter aus. Die Schaltung ist so ausgelegt daß nun das Relais entweder
dauerhaft öffnet oder schließt je nachdem, welche Schiene vom Schienenbruch betroffen ist.
Das veränderte Verhalten des Relais wird als Hinweis für das Auftreten eines Schienenbruchs
im betreffenden Wechselstromkreis interpretiert.
Die Suche eines Schienenbruches erfolgt entweder durch
Abgehen und Inspizieren des Gleises durch einen
Bediensteten oder mittels einer Meßfahrt mit einem
Spezialfahrzeug. Beides erfordert, insbesondere bei
langen Gleisabschnitten, viel Zeit, während der das Gleis
für den normalen Zugverkehr nicht zur Verfügung steht.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren
anzugeben, mit dessen Hilfe der Ort eines als elektrische
Unterbrechung einer Schiene wirksamen Schienenbruches
ohne eine Meßfahrt meßtechnisch ermittelt und so genau
angegeben werden kann, daß die Suche des Schienenbruches
auf einen eng begrenzten Gleisbereich beschränkt und die
für die Suche erforderliche Zeit entsprechend reduziert
werden kann.
Ein Verfahren, das die Aufgabe der Erfindung löst, ist im
Patentanspruch 1 angegeben. Es nutzt die Möglichkeiten
der heute verfügbaren elektronischen Rechner um die
Entfernung eines Schienenbruches von der Einspeisestelle
aus den vor und nach Auftreten des Schienenbruches
gemessenen Werten des Eingangswiderstandes des
Gleisabschnittes zu berechnen. Der Rechner rechnet dabei
auf Grundlage der bekannten Leitungsgleichungen für ein
Eisenbahngleis (siehe z. B. Aufsatz von H.U. Meyer und W.
Frank in "Signal und Draht" 64 (1972) Seiten 90 ff,
insbesondere Seite 91, rechte Spalte).
Durch die in kurzen Zeitabständen vorgenommene Messung
des Eingangswiderstandes und nachfolgende Berechnung und
Speicherung des stark witterungsabhängigen Wertes für die
Bettungsableitung ist sichergestellt, daß immer ein
aktueller Wert für die Bettungsableitung zur Verfügung
steht, der es erlaubt, die Länge des bis zum Ort des
Schienenbruches reichenden Gleisstückes hinreichend genau
zu berechnen.
Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im
Patentanspruch 2 angegeben. Sie wird zweckmäßig mit einer
bekannten, auf Gleisstromkreisbasis arbeitenden
Gleisfreimeldeeinrichtung kombiniert, denn hier sind die
Gleisstromquelle und ein Gleisstromdetektor bereits
vorhanden. Besetzt- und Freimeldesignale können direkt
der Gleisfreimeldeeinrichtung entnommen werden.
Die Patentansprüche 3 und 4 betreffen Ausführungen für
verschiedene Gleisstromdetektoren. Während beim
Gegenstand des Patentanspruchs 3 ein Gleisrelais
vorgesehen ist, wie es in herkömmlichen, durch
Isolierstöße voneinander getrennten Gleisstromkreisen
verwendet wird, sieht Patentanspruch 4 anstelle des
Gleisrelais einen von der Einspeiseseite unabhängig
arbeitenden Unterbrecherkontakt vor, dessen Funktion durch
Auswertung der Modulation des Einspeisestromes überwacht
wird. Die im Patentanspruch 4 angegebene Lösung erfordert
keine Verbindungsleitung zwischen den Enden des
Gleisabschnitts und läßt eine größere Abschnittslänge zu
als eine Lösung mit einem Gleisrelais.
Im Patentanspruch 5 ist eine einfache Einrichtung zur
Auswertung der durch den Unterbrecherkontakt dem
Gleisstrom aufgeprägten Modulation angegeben.
Anhand zweier Figuren sollen nun Ausführungsbeispiele der
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung beschrieben und das erfindungsgemäße Verfahren
erklärt werden.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung mit einem
Gleisstromkreis mit einem Gleisrelais als
Gleisstromdetektor.
Fig. 2 zeigt eine entsprechende Einrichtung mit einem
Unterbrecherkontakt an dem der Einspeisestelle
gegenüberliegenden Gleisabschnittsende.
In Fig. 1 bilden die Schienen S1, S2 eines
Gleisabschnittes GA einen Gleisstromkreis. Der
Gleisstromkreis ist durch Isolierstöße JS von den
angrenzenden Gleisabschnitten getrennt. Er wird an einem
Ende, an einer Einspeisestelle ES aus einer Stromquelle Q
mit Gleisstrom gespeist und ist am gegenüberliegenden
Ende durch ein Gleisrelais GR abgeschlossen. Nicht
dargestellte Kontakte des Gleisrelais sind über eine
nicht dargestellte Verbindung mit einer
Gleisfreimeldegruppe eines Stellwerks verbunden, die ein
Abfallen des Gleisrelais aufgrund eines zwischen
Einspeisestelle und Gleisrelais befindlichen
Achskurzschlusses als Gleisbesetzung registiert. Wird ein
Abfall des Gleisrelais festgestellt, ohne daß eine
Zugfahrt stattfindet, oder spricht das Gleisrelais nach
einer Zugfahrt, nach Freifahren des Gleisabschnittes
nicht wieder an, so wird, sofern kein Fehler an der
Gleisstromquelle festgestellt werden kann, ein
Schienenbruch SB angenommen. Es muß dann der Zugverkehr
auf dem betroffenen Gleis eingestellt und der
Schienenbruch durch Inspektion der Strecke durch einen
Bediensteten oder mittels einer Meßfahrt gesucht und
anschließend repariert werden.
Mit der in Fig. 1 weiter dargestellten Schaltung, die aus
einem Rechner R, einem mit diesem verbundenen Speicher
SP, einer Anzeigeeinrichtung A, einem Strommesser MJ für
den eingespeisten Gleisstrom und einem Spannungsmesser MU
zur Erfassung der an der Einspeisestelle ES anstehenden
Gleisspannung besteht, läßt sich die Entfernung n des
Schienenbruchs SB von der Einspeisestelle ES
meßtechnisch ermitteln. Dies geschieht auf folgende Weise:
Der Rechner bekommt, so lange der Gleisabschnitt intakt
ist, ständig Meßwerte des Strommessers MJ und des
Spannungsmessers MU zugeführt, aus denen er den
Eingangswiderstand des Gleisabschnitts ständig neu
ermitteln kann. In kurzen Zeitabständen, z. B. alle 10
Sekunden, berechnet der Rechner mit Hilfe der
Leitungsgleichungen für ein Eisenbahngleis, deren
Parameter (z. B. Schienenwiderstand, Schieneninduktivität,
Gleisabschnittslänge, Gleisstromfrequenz, Widerstand des
Gleisrelais) im Speicher gespeichert sind, und dem
zuletzt ermittelten Eingangswiderstand die
Bettungsableitung, den auf die Längeneinheit bezogenen,
zwischen beiden Schienen wirksamen Querwiderstand. Der
Wert der Bettungsableitung wird im Speicher SP so lange
gespeichert bis der nächste, aktuellere Wert zur
Verfügung steht. Ebenso wird der für die Rechnung
benutzte Eingangswiderstandswert abgespeichert. Wird der
Gleisabschnitt besetzt, so fällt das Gleisrelais GR ab,
was der Rechner, z. B. über eine Stellwerksleitung SL vom
Stellwerk her mitgeteilt bekommt.
Der Rechner stellt daraufhin die Berechnung der
Bettungsableitung ein und vergleicht jetzt ständig den
aktuellen Eingangswiderstand mit dem letzten, vor der
Besetzung des Gleisabschnitts ermittelten und
abgespeicherten Eingangswiderstandswert. Nach Freifahren
des Gleisabschnitts und Wiederansprechen des Gleisrelais
muß der abgespeicherte Wert wieder zumindest annähernd
erreicht sein. Nimmt der Eingangswiderstand einen
wesentlich höheren Wert als der abgespeicherte Wert an,
so ist dies ein Zeichen dafür, daß während der Zugfahrt
ein Schienenbruch aufgetreten ist und ein
Wiederansprechen des Gleisrelais GR nicht zu erwarten
ist. In diesem Fall berechnet der Rechner mit Hilfe des
abgespeicherten Wertes der Bettungsableitung und dem
jetzt höheren Eingangswiderstand die Länge n des bis zum
Ort des Schienenbruchs SB reichenden Gleisstückes und
zeigt diese an. Er berücksichtigt bei der Berechnung auch
den Wegfall des durch das Gleisrelais gebildeten
Abschlußwiderstandes.
Da sich in der Regel der Bettungswiderstand während der
Dauer einer Zugfahrt nicht wesentlich ändert, erhält man
einen recht genauen Wert für die Entfernung des
Schienenbruchs von der Einspeisestelle. Werden entlang
der Strecke geeignete Längenmarkierungen vorgesehen, kann
der berechnete Ort unmittelbar aufgesucht und der in
dessen nächster Umgebung befindliche Schienenbruch
schnell gefunden werden.
Tritt ein Schienenbruch - was sehr selten ist - außerhalb
einer Zugfahrt auf, wird dies durch Abfall des
Gleisrelais und einen gleichzeitigen Anstieg des
Eingangswiderstandes festgestellt. Der Ort des
Schienenbruchs kann in diesem Falle sofort in der oben
angegeben Weise berechnet werden.
In Fig. 2 ist eine Einrichtung wiedergegeben, die die
Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung bei einem
Gleisabschnitt ermöglicht, der einen
gleichstrombetriebenen, mit einem Unterbrecherkontakt UK
abgeschlossenen Gleiskreis bildet.
Solche Gleisabschnitte können eine sehr große Länge (10
km) aufweisen, was eine Ortung von Schienenbrüchen, wie
sie die Erfindung ermöglicht, besonders wichtig werden
läßt. Bei dem dargestellten Gleisabschnitt GA braucht
keine Verbindungsleitung zwischen Unterbrecherkontakt UK
und der Einspeisestelle ES vorhanden sein, da der
Unterbrecherkontakt den Gleisstrom moduliert und so seine
Funktion durch Auswertung des Modulationssignales an der
Einspeisestelle ES überwacht werden kann.
Der Erzeugung des Gleisstromes dient hier eine
Stromquelle QC, die den benötigten Gleichstrom über einen
Strommesser MJ und über die Primärwicklung eines
Übertragers Ü in den Gleisabschnitt GA einspeist. Die
Ausgangsspannung der Stromquelle ist konstant geregelt
und der Ausgangsstrom nach oben hin begrenzt, um
Überlastungen der Stromquelle bei Durchgang einer Achse
zu vermeiden. Auch hier ist ein Rechner R vorgesehen, der
mit einem Speicher SP und einer Anzeigeeinrichtung A
verbunden ist und der den Eingangswiderstand des
Gleisabschnittes aus der bekannten konstanten Spannung
der Stromquelle und dem vom Strommesser gemessenen
Eingangsstrom in kurzen Zeitabständen ermittelt. Da der
Strom durch den Unterbrecherkontakt am Ende des
Gleisabschnittes moduliert ist, muß vorab festgelegt
sein, ob der bei geschlossenem Unterbrecherkontakt oder
der bei offenem Unterbrecherkontakt, also der höhere oder
der niedrigere auftretende Stromwert der Ermittlung des
Eingangswiderstandes zugrundegelegt wird.
Eine Besetzung des in Fig. 2 wiedergegebenen
Gleisabschnitts wird aufgrund des Ausbleibens der durch
den Unterbrecherkontakt dem Gleisstrom aufgeprägten
Modulation bei gleichzeitigem Abfall des
Eingangswiderstandes des Gleisabschnitts festgestellt.
Hierzu wird dem Rechner ein von der Sekundärwicklung des
Übertragers Ü über ein Filter F abgegriffenes
Wechselspannungssignal zugeführt. Das Filter F ist auf
die Frequenz des Unterbrecherkontaktes UK abgestimmt und
eliminiert Wechselspannungsanteile, die durch
Fahrstromeinfluß oder anderweitige Störeinflüsse
verursacht werden und nicht auf die Tätigkeit des
Unterbrecherkontaktes zurückgehen.
Um nach Auftreten eines Schienenbruches dessen Ort
ermitteln zu können, werden auch hier die im Zusammenhang
mit Fig. 1 beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt:
Der Eingangswiderstand und die daraus berechnete Bettungsableitung werden abgespeichert und in kurzen Zeitabständen aktualisiert, so lange die Modulation des Gleisstroms nachgewiesen werden kann. Bleibt diese Modulation aus, wird während der folgenden Zeit der Eingangswiderstand daraufhin überwacht, ob er einen gegenüber dem zuletzt gespeicherten Wert erhöhten Wert annimmt, was auf einen Schienenbruch hindeutet, oder ob er infolge einer Zugfahrt absinkt, um nach einer gewissen Zeit, gleichzeitig mit dem Wiedererscheinen des Modulationssignals, wieder auf etwa den gespeicherten Wert anzusteigen.
Der Eingangswiderstand und die daraus berechnete Bettungsableitung werden abgespeichert und in kurzen Zeitabständen aktualisiert, so lange die Modulation des Gleisstroms nachgewiesen werden kann. Bleibt diese Modulation aus, wird während der folgenden Zeit der Eingangswiderstand daraufhin überwacht, ob er einen gegenüber dem zuletzt gespeicherten Wert erhöhten Wert annimmt, was auf einen Schienenbruch hindeutet, oder ob er infolge einer Zugfahrt absinkt, um nach einer gewissen Zeit, gleichzeitig mit dem Wiedererscheinen des Modulationssignals, wieder auf etwa den gespeicherten Wert anzusteigen.
Im Falle eines Schienenbruchs, auch dann, wenn sich
dieser erst am Ende einer Zugfahrt durch hohen
Eingangswiderstand und weiteres Ausbleiben des
Modulationssignals bemerkbar macht, berechnet der Rechner
auch hier aus dem gespeicherten Wert für die
Bettungsableitung und dem nach Auftreten des
Schienenbruches gemessenen Eingangswiderstand die
Entfernung n des Ortes SB des Schienenbruches von der
Einspeisestelle ES und zeigt sie auf der
Anzeigeeinrichtung an.
Claims (5)
1. Verfahren zur Ortung eines Schienenbruches in einem
mindestens einschienig isolierten, einen Gleisstromkreis
bildenden Gleisabschnitt, in den an einem Ende, an einer
Einspeisestelle, Gleisstrom eingespeist wird und bei dem
überwacht wird, ob an dessen anderem Ende Gleisstrom
fließt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Eingangswiderstand des Gleisabschnitts (GA) in
kurzen Zeitabständen gemessen, da raus mit Hilfe
bekannter, für ein Eisenbahngleis geltender
Leitungsgleichungen bei bekannter Gleisabschnittlänge der
Wert der Bettungsableitung berechnet und dieser
gespeichert wird und daß bei Auftreten eines eine
elektrische Unterbrechung einer Schiene (S1, S2)
bewirkenden Schienenbruchs (SB), der sich durch
Verschwinden des Gleisstromes an dem der Einspeisestelle
(ES) gegenüberliegenden Gleisabschnittsende bei
gleichzeitigem Anstieg des Eingangswiderstandes bemerkbar
macht, die Entfernung (n) des Schienenbruchs von der
Einspeisestelle mit Hilfe der Leitungsgleichungen und des
gespeicherten Wertes der Bettungsableitung aus dem nach
Auftreten des Schienenbruches gemessenen
Eingangswiderstand als Länge des bis zum Ort des
Schienenbruches reichenden Gleisstückes berechnet und
angezeigt wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben einer an
einem Ende des Gleisabschnitts an beide Schienen
angeschlossenen Stromquelle (Q, QC) für den Gleisstrom
und einem die Überwachung des am anderen Ende des
Gleisabschnitts auftretenden Gleisstromes zulassenden
Gleisstromdetektor (GR) eine Meßeinrichtung (MJ, MU) für
den Eingangswiderstand des Gleisabschnittes (GA), ein
Rechner (R) zur Berechnung der Bettungsableitung des
Gleises einerseits und der Länge (n) des bis zum Ort des
Schienenbruches (SB) reichenden Gleisstückes
andererseits, Speicher (SP) zur Speicherung der
berechneten Bettungsableitung und der zur Aufstellung der
Leitungsgleichungen benötigten Parameter sowie eine
Vorrichtung (A) zur Anzeige der berechneten
Gleisstücklänge vorhanden sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gleisstromdetektor (GR) aus einem Gleisrelais
besteht, dessen jeweiliger Schaltzustand dem Rechner (R)
mitgeteilt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gleisstromdetektor aus einem an dem der
Einspeisestelle (ES) gegenüberliegenden Ende des
Gleisabschnittes (GA) befindlichen, periodisch seine
Schaltstellung wechselnden Schalter (UK) besteht, der die
beiden Schienen (S1, S2) des Gleisabschnitts miteinander
elektrisch verbindet und aus einer an der Einspeisestelle
(ES) befindlichen, die durch den Schalter (UK)
verursachten Änderungen des Gleisstromes auswertenden
Empfangsschaltung (Ü, F, R) besteht.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangsschaltung durch einen in der
Einspeiseleitung für den Gleisstromkreis liegenden
Übertrager (Ü), ein mit dessen Sekundärwicklung
verbundenes, auf die Frequenz des Schalters (UK)
abgestimmtes Filter (F) und den Rechner (R) gebildet
wird, und daß ein Eingang des Rechners mit dem Ausgang
des Filters verbunden ist.
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