DE3815152C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Überwachen und/oder Steuern eines schienengebundenen Verkehrs, mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Eine solche Einrichtung ist aus der DE 35 37 588 A1 bekannt.

Um einen sicheren Betrieb der Schienenbahn zu gewähr­ leisten, werden die Streckenabschnitte zwischen den Bahn­ höfen in Blockabschnitte unterteilt, deren Ein- und Aus­ fahrsignale so miteinander gekoppelt werden, daß jeweils nur ein Zug in einen Blockabschnitt einfahren kann. Um einen rationellen Betrieb zu gewährleisten, werden die Stellwerke für die Signale ferngesteuert, wobei die Steuerbefehle durch elektrische Steuerstromkreise über­ tragen und bei bestimmten Fernsteuerungssystemen von den Fahrzeugen selbst ausgelöst werden.

Es ist eine Schienenkontakteinrichtung für Achszählein­ richtungen bekannt (DE 35 37 588), die eine Sensor-Glas­ faser aufweist, die an einer Schiene befestigt ist und bei einer Durchbiegung in Folge eines über die Schiene rollenden Rades eine reversible Längenänderung erfährt, welche den Zählimpuls auslöst. Diese bekannte Kontakt­ einrichtung benötigt eine Referenzglasfaser gleichblei­ bender Länge und einen optischen Strahlungsbündelteiler der die Strahlungen eines Lichtsenders in den Meßstrahl und in den Referenzstrahl teilt, die dann in der Aus­ werteeinrichtung verglichen werden müssen, um die gewünsch­ ten Signale zu erzeugen.

Es sind ferner faseroptische Drucksensoren bekannt (Zeitschrift "Funkschau", 12/1984, S. 45-47), bei denen eine Glasfaser zwischen zwei verzahnten Platten verformt wird, wenn auf diese Platten ein Druck ausge­ übt wird.

Die Verformung der Glasfaser läßt einen Teil des in ihr geführten Lichtes aus dem Kern in den Mantel der Glasfaser übertreten, der dann ein direktes Maß für den auf die Platten ausgeübten Druck ist. Auch hier kann die zu messende Größe nur durch Vergleich der austretenden Lichtmenge mit der in den Drucksensor eintretenden Licht­ menge ermittelt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße Einrich­ tung derart zu verbessern, daß beim Überfahren der faser­ optischen Sensoren von diesen unmittelbar Signale erzeugt werden, welche in der Auswerteeinrichtung in Schaltimpulse umgesetzt werden.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merk­ male gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß weder ein opti­ scher Bündelteiler noch eine Referenzlichtleitfaser er­ forderlich ist, um die Einwirkung der über die faseropti­ schen Sensoren hinwegfährenden Räder zu erkennen und ihren Einfluß quantitativ zu deuten, da das durch in die Signal-Licht­ wellenleiter ausgekoppelte Licht, sowohl die Tatsache der Druckeinwirkung, als auch die Größe der Druckeinwirkung unmittelbar repräsentiert.

Um Befehle von den in eine Blockstrecke einfahrenden und ausfahrenden Fahrzeugen zu erzeugen, können zwischen einer Schiene und mindestens einzelnen Schwellen des Glei­ ses faseroptische Drucksensoren angeordnet sein. Als Druck­ sensoren können beispielsweise Verschiebungssensoren verwendet werden, bei denen zwei Strichgitter im Überkop­ pelungsbereich zwischen zwei miteinander fluchtenden Lichtleitern durch Druckeinwirkung verschoben werden. Als Drucksensor ist auch ein Mikrobiegungssensor verwendbar, bei dem ein Lichtwellenleiter zwischen geriffelten Druck­ platten verformt wird, welche durch die Druckeinwirkung eines über die Schiene rollenden Rades gegen den Licht­ wellenleiter gepreßt werden. Zur Aufnahme des mechanischen Schaltimpulses kann auch zwischen zwei Schwellen des Glei­ ses ein faseroptischer Biegesensor unter einer Schiene angeordnet sein. Hierfür kann beispielsweise ein faser­ optischer Membransensor verwendet werden, bei dem die Durchbiegung der Schiene auf eine Membrane übertragen wird, die ein bewegliches Strichgitter gegenüber einem festen Strichgitter verschiebt. Da derartige Membransensoren ein hohes Auflösungsvermögen haben, ist es auch möglich, hierdurch den Druck quantitativ zu ermitteln, den ein über die Schiene rollendes Räd auf den Biegesensor ausübt.

Die unter der Schiene im Längsabstand voneinander ange­ ordneten Druck- oder Biegesensoren können in einer Blockstrecke oder an sonstigen Stellen, beispielsweise an Brückenlagern der Magnetschienen von Magnetschwebebahnen, Signale an mehreren, aufeinanderfolgenden Stellen erzeugen, die leicht ausgewertet werden können.

Die Auskoppler können gewellte Druckplat­ ten oder optischen Prismen sein, die aus einem optisch dichteren Medium bestehen. Die von einer Lichtquelle zentral mit Primärlicht versorgten Sensoren lassen durch Druckeinwirkung einen Teil der Lichtstrahlen in den Mantel des langgestreckten Sensorenelementes übertreten, von wo aus die ausgekoppelten Lichtstrahlen in einen Signal-Licht­ wellenleiter gelangen, der vom Mantel des Sensorenelemen­ tes abzweigt und zu einem Detektor führt.

Für einen Streckenblock kann je ein faseroptischer Druck­ oder Biegesensor am Anfang und am Ende einer Blockstrecke angeordnet sein. Die Sensoren wirken dann als Schienen­ kontakte, die von der ersten bzw. letzten Achse des in die Blockstrecke einfahrenden bzw. ausfahrenden Zuges umgeschal­ tet werden. Die faseroptischen Druck- oder Biegesensoren können auch an Achszähleinrichtungen angeschlossen sein, die in vorteilhafter Weise digitale Zähleinrichtungen sein können, welche die von den faseroptischen Sensoren ausge­ sandten oder ausgekoppelten Lichtimpulse unmittelbar auf­ nehmen und verarbeiten. Eine Analog-Digitalumwandlung ist hierbei nicht erforderlich.

Die Lichtwellenleiter, die zur Übertragung optischer Signale und/oder als faseroptische Sensoren dienen, können im Inneren der Fahr- oder Tragschienen angeordnet sein, wenn diese aus Faserverbundwerkstoffen, beispielsweise GFK od.dgl. herge­ stellt sind.

Um das Gewicht des über das Gleis fahrenden Zuges und damit den Typ des Zuges festzustellen, können die Sensoren auch an optische Kraftmeßvorrichtungen angeschlossen sein.

Um die mechanische Beanspruchung der Schwellen zu über­ wachen, ist es zweckmäßig, wenn als Lichtwellenleiter aus­ gebildete faseroptische Sensoren an den Schwellen in deren Längsrichtung angeordnet und mindestens auf einem Teil von deren Länge mit diesen verbunden sind. Verformungen der Schwellen, beispielsweise Durchbiegungen, erzeugen dann Längenänderungen der an den Schwellen befestigten Lichtwelleleiter, die eine Änderung der Dämpfung des in den Sensor eingestrahlten Lichtes zur Folge haben, die als Maß für die Durchbiegung ausgewertet werden kann. Je nach Art der zu überwachenden Schwellen, die aus Holz, Stahlbeton, Stahl oder Kunststoff bestehen können, ist es möglich, die als Lichtwellenleiter ausgebildeten faser­ optischen Sensoren außen an den Schwellen anzukleben oder im Inneren der Schwellen einzubetten. Hierbei können die Lichtwellensensoren auch in die Bewehrungseinlagen der Schwellen integriert werden, was dann besonders zweck­ mäßig ist, wenn als Bewehrungselemente in geeignete Kunst­ stoffe eingebettete Glasfaserbündel verwendet werden, deren E-Modul dem Elastizitätsmodul des Lichtwellenleiters wenig­ stens annähernd entspricht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das Gleis einer Eisenbahnlinie im Bereich einer Blockstrecke in einer Draufsicht,

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Querschnitt nach Linie II-II und

Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Teillängsschnit nach Linie III-III in schematischer und verzerrter Dar­ stellung.

In den Zeichnungen ist mit 10 das Gleis einer Eisenbahn des öffentlichen Verkehrs bezeichnet, welches mehrere Blockstrecken 11 durchläuft, von denen in Fig. 1 nur eine angedeutet ist. Das Gleis 10 ist wie üblich aus Schienen 12 und Schwellen 13 aufgebaut die im Längsab­ stand voneinander angeordnet und in einem nicht näher dargestellten Schotterbett verlegt oder auf einer anderen Unterlage, beispielsweise auf Brückenträgern, befestigt sind. Zum Überwachen und Steuern der über das Gleis 10 in die Blockstrecke 11 einfahrenden und wieder ausfahrenden Züge, von denen in Fig. 2 nur ein Waggon 14 schematisch angedeutet ist, ist am Anfang A und am Ende E der Block­ strecke 11 je eine Meldestelle 15 bzw. 16 vorgesehen, die in ein faseroptisches Steuerungssystem integriert ist, das in seiner Gesamtheit mit 17 bezeichnet ist. Das faseropti­ sche Steuerungssystem besteht aus einem Lichtwellenleiter 18 zur Übertragung optischer Signale, an dessen einem Ende 18 a Primärlicht eingekoppelt wird, das von einem hier nicht näher dargestellten Lichtwellensender stammt und hier nur durch den Pfeil 19 angedeutet ist. Der Lichtwellenleiter 18 ist unter der in Fahrtrichtung 20 linken Schine 12 oder seitlich neben dieser so angeordnet, daß er von der befahr­ enen Schiene normalerweise nicht beeinflußt wird. Zu diesem Zwecke kann er beispielsweise in einer Ausnehmung 21 des Schienenfußes 12 a geführt sein, wie dies in Fig. 2 darge­ stellt ist, es ist aber auch möglich, den Übertragungs- Lichtwellenleiter am Schienensteg 12 b zu befestigen.

Im Bereich der Meldestellen 15 und 16 sind zwischen Schiene 12 und Schwelle 13 faseroptische Drucksensoren 22 und 23 an­ geordnet. Diese Drucksensoren können an sich bekannte Ver­ schiebungssensoren sein, bei dem dargestelten Ausführungs­ beispiel sind diese Drucksensoren 22 und 23 jedoch Mikro­ biegungssensoren, von denen einer in Fig. 3 schematisch stark vergrößert dargestellt ist. Der Mikrobiegungssensor besteht aus einem langgestreckten Sensorelement 24, das Teil des durchgehenden Lichtwellenleiters 18 sein kann, der als Multimode-Lichtwellenleiter ausgebildet ist und einen Sensor­ elementkern 24 a aus optisch durchlässigem Material und einen den Kern umgebenden Sensorelementmantel 24 b aufweist, der ebenfalls aus einem lichtdurchlässigen Material besteht, welches jedoch dichter ist als das Material des Kernes 24 a.

Oberhalb und unterhalb des Sensorenelementes 24 und diame­ tral einander gegenüberliegend sind zwei gewellte Druck­ platten 25 und 26 angeordnet, von denen die Druckplatte 25 zwischen Schwelle 13 und Sensorelement 24 und die Druck­ platte 26 zwischen dem Sensorelement 24 und der Schiene 12 liegt. Unmittelbar neben der Druckplatte 25 ist an den Sensorelementmantel 24 b des Sensorelementes 24 ein Signal- Lichtwellenleiter 27 faseroptisch derart angeschlossen, daß der Kern 27 a dieses Lichtwellenleiters mit dem Mantel 24 b des Sensorelementes in lichtleitender Verbindung steht.

Wenn ein Rad 28 eines Schienenfahrzeuges 14 über die Schiene 12 rollt und den Drucksensor 22 erreicht, wird das lang­ gestreckte Sensorelement 24 zwischen den beiden gewellten Druckplatten 25 und 26 zusammengedrückt, wodurch sich die Grenzfläche zwischen dem Kern 24 a und dem Mantel 24 b des Sensorelementes 24 verformt. Einzelne Lichtwellen des in das Sensorelement 24 eingespeisten Lichtes, die sich durch Totalreflektion im Sensorelement fortplanzen, können hier­ durch in den Sensorelementmantel 24 b eintreten, werden an dessen äußerer Grenzfläche reflektiert und gelangen unter einem anderen Winkel durch den Sensorelementkern 24 a hin­ durch in die gegenüberliegende Seite des Sensorelement­ mantels 24 b, von wo aus sie in den Kern des Signal-Licht­ wellenleiters 27 eintreten, in dem sie in Pfeilrichtung als ausgekoppelte Signale 1 einem nicht näher dargestell­ ten Detektor zugeführt werden, von wo aus sie zu Schalt­ impulsen weiterverarbeitet werden.

Es ist darauf hinzuweisen, daß in der Fig. 3 gezeigten Darstellung das Sensorelement und die Signal-Lichtwellen­ leiter sowie auch die Druckplatten 25 und 26 übertrieben groß dargestellt sind, um die Wirkungsweise deutlich zu machen. In Wirklichkeit sind die Größenverhältnisse anders.

In ähnlicher Weise ist auch der Drucksensor 23 am Ende E der Blockstrecke ausgebildet, dessen Signal-Lichtwellen­ leiter mit 29 bezeichnet ist.

Anstelle von Drucksensoren, die zwischen der Schiene 12 und den Schwellen 13 angeordnet sind, können auch Biegesensoren 30 vorgesehen werden, die in Fig. 1 unter der in Fahrtrich­ tung 20 rechten Schiene in strichlierten Linien angedeutet sind und sich unter der Schiene zwischen zwei Schwellen be­ finden. Diese faseroptischen Biegesensoren 30 nehmen die Durchbiegung der Schiene 12 unter den über die Schiene rol­ lenden Rädern auf und erzeugen ein optisches Signal, das durch hier nicht näher dargestellte Übertragungs-Lichtwel­ lenleiter einer Auswertevorrichtung zugeführt wird.

Sowohl die Drucksensoren 22 als auch die Biegesensoren 30 können an digitale Achszähleinrichtungen angeschlossen wer­ den, die jedoch hier nicht näher dargestellt sind. Wenn die Schienen 12 nicht aus Stahl, sondern aus Faserverbundwerk­ stoffen bestehen, können sowohl die Übertragungs-Lichtwellen­ leiter 18 als auch die faseroptischen Sensoren 22, 23 und 30 in den Fahrschienen integriert sein. Bei Einschienenbahnen, deren Tragschienen oft an Ort und Stelle hergestellt werden, können die Lichtwellenleiter in die Tragschiene mit einge­ bettet werden. Ferner ist es möglich, die faseroptischen Drucksensoren an Kraftmeßvorrichtungen anzuschließen, um das Gewicht des über das Gleis rollenden Zuges zu ermitteln und hieraus auf dessen Art zu schließen, was für die Steue­ rung von Wichtigkeit ist.

Claims (7)

1. Einrichtung zum Überwachen und/oder Steuern eines schie­ nengebundenen Verkehrs, bei der am Tragkörper oder Gleis von den Fahrzeugen betätigte Melde- oder Zugeinwirkungs­ stellen (15, 16) vorgesehen sind, die faseroptische Sen­ soren (22, 23, 24, 30) aufweisen, die durch Druckeinwir­ kung oder Biegebeanspruchung beeinflußt werden und an Lichtwellenleiter (18, 34) zur Übertragung optischer Signale angeschlossen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die unter der Schiene (12) im Längs­ abstand voneinander angeordneten Druck- oder Biegesenso­ ren (22, 23 bzw. 30) optische Auskoppler (25, 26) auf­ weisen, die mit einem als durchgehenden Lichtwellenlei­ ter ausgebildeten, langgestreckten Sensorelement (24) verbunden sind und unter Druck- bzw. Biegebeanspruchung der Sensoren einen Teil (z. B. I 1) des im Sensorenele­ mentkern (24 a) geführten Primärlichtes (I ₀) in den lichtdurchlässigen Sensorelementmantel (24 b) auskop­ peln, an welchen Signal-Lichtwellenleiter (27) ange­ schlossen sind, die zu Signal-Detektoren führen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen einer Schiene (12) und mindestens einzelnen Schwellen (13) des Gleises (10) faseroptische Drucksensoren (22, 23) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß unter einer Schiene (12) zwischen zwei Schwellen (13) des Gleises (10) ein faser­ optischer Biegesensor (30) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß je ein faseroptischer Druck- oder Biegesensor (22, 23 bzw. 30) am Anfang (A) und am Ende (E) einer Blockstrecke (11) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die faseroptischen Druck- oder Biegesensoren (22, 23 bzw. 30) an Achszähleinrichtungen angeschlossen sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Licht­ wellenleiter (18, 34 bzw. 24), die zur Übertragung optischer Signale und/oder als faseroptischer Sensoren dienen, im Inneren von aus Faserverbundwerkstoffen her­ gestellten Fahr- oder Tragschienen (12) angeordnet sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensoren an Kraftmeßvorrichtungen angeschlossen sind.