DE4428784A1 - Verfahren zur Erfassung von Gefahrenquellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Gefah­ renquellen, hauptsächlich von solchen im Bahnbereich, und ins­ besondere ein Frühwarnsystem zur Erfassung von herannahenden Schienenfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die sich zur Verrichtung von Arbeit im Gleisbereich von Schie­ nenfahrzeugen aufhaltenden Personen sind einer permanenten Un­ fallgefahr durch die Schienenfahrzeuge ausgesetzt. Neben dem menschlichen Versagen ist auch die Nichtwahrnehmung eines aku­ stischen und/oder optischen Alarmsignals, das die Personen zum Verlassen des Gefahrenbereiches auffordern soll, ein wesentli­ cher Unfallgrund.

Die Personen im Gleisbereich, beispielsweise Gleisbauarbeiter, unterliegen starken Beanspruchungen durch körperliche Arbeit, Lärm, Staub und hohe bzw. niedrige Temperaturen. Hinzu kommt als weitere Erschwernis für die Personen, daß die modernen Hochgeschwindigkeitszüge sich sehr schnell und relativ ge­ räuscharm einer Gleisbaustelle nähern. Die Sicherungsposten, die ein Thyphon auslösen, sobald sie Sichtkontakt zu einem herannahenden Zug haben, können somit zumindest bei Baustellen an Schnellverkehrsstrecken keine vernünftige Vorwarnzeit für die gefährdeten Personen erreichen. Ein zusätzliches Problem liegt in der Beanspruchung der Sicherungsposten durch Unter­ forderung. Längere Untätigkeit in Zugpausen setzt die Aufmerk­ samkeit der Sicherungsposten derart herab, daß sie einen her­ annahenden Zug oftmals erst sehr spät erfassen und dadurch das Thyphon verspätet betätigen.

Sicherungsposten können in die bahnamtliche Zugmeldekette integriert und fernmündlich mit dem zuständigen Fahrdienst­ leiter verbunden sein. Trotzdem stellt eine Gleisbaustelle wegen der notwendigen Abweichung von eingespielten Betriebs­ modalitäten ein zwangsläufig erhöhtes Risiko im Bahnbetrieb dar. Ursächlich für einige Unfälle in der Vergangenheit waren beispielsweise Meldefehler in der Übermittlung der Zugmeldung, eigenmächtige Abweichungen des Betriebspersonals auf Bahnfahr­ zeugen vom Inhalt einer bereits abgegebenen Zugmeldung oder eine zeitlich früher als beim zuständigen Fahrdienst angemelde­ te Aufnahme der Bautätigkeiten im Gleisbereich.

Allein im Bereich der Deutschen Bahn werden täglich etwa 3000 Baustellen für Gleisbau- und Gleisreparaturarbeiten betrieben. Trotz massivem Einsatz von Forschungsmitteln ist es bisher nicht gelungen, ein optimales Sicherungssystem für gefährdete Personen im Schienenbereich zu entwickeln und einzurichten.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 93 14 495 U1 ist eine elektronische Vorrichtung zur Warnung von Gleisbauarbeitern vor sich nähernden Zügen bekannt, bei dem ein Schwingungsaufnehmer die Schwingungen in der Schiene beim Überfahren durch einen Zug erfaßt und einer Signalauswertevorrichtung zuleitet. In der Auswerteeinheit werden die verschiedenen Zugparameter berechnet und bei Erkennen der Gefahrenquelle Warneinrichtungen einge­ schaltet. Die Berechnung der Zugparameter in der Auswerteein­ heit erfolgt in Abhängigkeit von der Signallaufzeit zwischen einem ersten und einem zweiten Schwingungsaufnehmer.

Die DE 42 14 271 A1 offenbart ein Verfahren zur Erfassung von Gefahrenquellen und zur Abgabe von akustischen und/oder opti­ schen Warnsignalen für im Gefährdungsbereich eingesetzte Perso­ nen. Die Gefahrenquelle, beispielsweise ein Zug, wird mit aku­ stischen Körperschallsensoren detektiert. Die von diesen Kör­ perschallsensoren abgegebenen Signale werden verstärkt und an­ schließend einer Alarmeinrichtung zur Abgabe von Warnsignalen zugeführt.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erfassung von Gefahrenquellen und zur Abgabe von Warnsignalen der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach zu handhaben ist, autark außerhalb der bahndienstlichen Sicherungskette steht und die Sicherheit einer Schienenbaustelle auch gegenüber Hochgeschwindigkeitszügen mit technisch einfachen Mitteln deutlich erhöht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und erfinderische Aus­ gestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 formuliert.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene System ergänzt den vorhande­ nen Signalposten und hilft, die mögliche Unfallursache der Be­ anspruchung durch Unterforderung des Signalpostens auszuschlie­ ßen. Dieses System kann, je nach den vorliegenden bahnbetrieb­ lichen Belangen und den geltenden Sicherheitsvorschriften, den Signalposten sicher ersetzen. Das erfindungsgemäße System kann in vorteilhafter Weise auf freier Strecke und/oder im Bahnhofs­ bereich eingesetzt werden.

Das Sicherungssystem beruht auf der Auswertung von Sensorsigna­ len, insbesondere von Körperschallschwingungen im Schienenbe­ reich, und einen auf entsprechende Auswerteergebnisse gestütz­ ten, drahtlos übermittelten Alarm, der die Personen einer Bau­ stelle zum Verlassen des Schienenbereiches auffordert. Die Per­ sonen werden sowohl über das konventionelle Thyphon als auch über ein am Körper zu tragendes Alarmgerät gewarnt. Diese Alarmeinrichtungen am Körper warnen die Person auf optischem Wege durch Lichtblitze und/oder auf akustischem Wege und zusätzlich durch Abgabe einer starken Vibration im empfindli­ chen Körperbereich, beispielsweise im Gesäß- oder im Hüftbe­ reich.

Das Sensorelement oder die Sensorelemente befinden sich vor­ zugsweise in einem Gehäuse, welches mittels eingebauter Magne­ ten an einer Seitenfläche des Schienenstegs befestigt werden kann. Der Vorteil dieser Befestigungsart liegt darin, daß kein Spezialwerkzeug für die Anbringung der Sensoren benötigt wird. Um ein sichereres Befestigen der Sensoren zu gewährleisten, das auch ein beabsichtigtes, gewolltes Entfernen der Sensoren zum Zwecke der Manipulation, der Sachbeschädigung oder der gesetz­ widrigen Entfernung verhindert, können andere Befestigungsmit­ tel gewählt werden, die nur mit Spezialwerkzeugen handhabbar sind. Das Gehäuse weist einen Systemschalter für das Inbetrieb­ nehmen und das Ausschalten der Sensoren auf. Um auch hier fremde Manipulationen auszuschließen, kann ein innenliegender elektronischer Schalter verwendet werden, der von außen akti­ viert und deaktiviert werden kann.

Aufgrund des breiten Frequenzspektrums, das bei Körperschall­ messungen an Schienen anzutreffen ist, werden ein oder mehrere Sensoren oder Sensorengruppen bevorzugt, die einen Bereich von f = 20 Hz bis 20 kHz abdecken können. Als besonders vorteil­ haft, weil gut fortleitbar, haben sich Körperschallschwingungen in der Schiene von etwa 12,5 kHz erwiesen.

Alternativ zur Aufnahme von Körperschallschwingungen können auch optische Sensoren, beispielsweise Infrarotsensoren, oder andere elektronische Sensoren, wie zum Beispiel Ultraschall­ sensoren eingesetzt werden. Bei diesen Sensoren sind natürlich andere Auswertekriterien erforderlich. Solche Kriterien können reine Lichtschrankentechniken sein. Sie können aber auch Bild­ verarbeitungstechniken sein, was bedeutet, daß der Sensor ein markantes Teil eines Zuges erfaßt, bildlich beispielsweise in Bildrechnern vergleicht und bei Erkennen des Zuges ein Alarmsi­ gnal auslöst.

Da durch den Schwellenabstand eine Resonanz mit λ/2 definiert ist, sollte der Meßaufnehmer für die Körperschallschwingungen möglichst exakt zwischen zwei Schwellen angeordnet werden. Zwischen zwei Schwellen ist wegen der Nachgiebigkeit des Ober­ baus die höchste Schnelle von Transversalschwingungen festge­ stellt worden.

Das gesamte Sicherungssystem muß schnell und ohne Kabelver­ legung aktivierbar sein und betriebsbereit zur Verfügung ste­ hen. Die Alarmgeräte dürfen keine zusätzliche Belastung für die arbeitenden Personen oder den Signalposten darstellen. Durch das Sicherungssystem dürfen einerseits keine elektrischen Felder, Signalanlagen oder sonstigen Einrichtungen gestört werden. Andererseits darf das Sicherungssystem durch solche elektrischen Felder aber auch nicht selbst gestört werden.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens sind der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung zu ent­ nehmen.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur zeigt schematisch das Sicherungssystem der erfin­ dungsgemäßen Art, welches betriebsfertig an den Gleisanlagen installiert ist.

Das Sicherungssystem 1 als Frühwarnsystem zur Erfassung von herannahenden Gleisfahrzeugen oder Schienenfahrzeugen besteht aus einer Sensoreinheit 2, die in einem Sicherheitsabstand von etwa 3 km von der Baustelle entfernt an den Gleisen 3 befestigt wird, einer Auswerteeinheit 4 zur Auswertung der von der Sen­ soreinheit 2 übermittelten Meßsignale, einer Sendeeinheit 5 zur Weitergabe des entsprechenden Warnsignals an die verschiedenen Empfängereinheiten und einer Ladestation 6, die gleichzeitig als Aufbewahrungsort der Systemelemente verwendet wird.

Statt der genannten einen Sensoreinheit 2 können auch mehrere Sensoreinheiten oder Gruppen von Sensoren eingesetzt werden, die miteinander verknüpft sein können.

Es sind selbstverständlich auch andere Entfernungen bzw. Si­ cherheitsabstände von den Aufnahmesensoren zu den Alarmein­ richtungen möglich.

Die Empfängereinheiten befinden sich an der Protokolleinheit 7, an der Druckluftflasche (Thyphon) 8, bei den Bauarbeitern be­ ziehungsweise Personen im Gleisbereich am Körper 9, sowie even­ tuell auch an einer optischen Warnsignaleinrichtung 10. Die Signalübermittlung zwischen den einzelnen Elementen des Siche­ rungssystems 1 erfolgt vorzugsweise drahtlos.

Die Sensoreinheit 2 ist mobil und kann beispielsweise mittels Magneten an den Schienen 3 installiert werden, oder aber zur sichereren Befestigung mit speziellen Werkzeugen. Die Sensor­ einheit weist einen Sensor 11 auf, der im Beispiel den Körper­ schall in den Schienen 3 in drei Koordinatenrichtungen auf­ nimmt. In diesem Fall sollte die Sensoreinheit 2 genau zwischen zwei Schwellen 12 befestigt werden, da hier die höchsten Werte der Transversalschwingungen auftreten. Aufgrund des breiten Frequenzspektrums, das bei Körperschallmessungen an Schienen anzutreffen ist, müssen Sensoren 11 verwendet werden, die den Bereich von f = 20 Hz bis 20 kHz meßtechnisch abdecken können. Zusätzlich sollten diese Sensoren 11 bei der Frequenz von f = 12,5 kHz besonders meßempfindlich sein, da die Körperschall­ schwingungen dieser Frequenz in der Schiene besonders gut fort­ geleitet werden. Alternativ kann als Sensor beispielsweise auch ein Infrarot- oder Lasersignal verwendet werden. Zwischen zwei Alarmen existiert grundsätzlich keine Totzeit des Sensors 11. Eine Verstärkereinheit 13 erzeugt verstärkte Signale zur Über­ tragung der Meßsignale an die Auswerteeinheit 4.

Weiter weist die Sensoreinheit 2 eine Energieversorgung in Form von Batterien oder Akkus 14 für einen Dauerbetrieb von 24 Stun­ den auf, sowie Thermalbatterien 15 zur Anzeige/Meldung leerer Batterien/Akkus. Ein Schalter 16 zur Inbetriebnahme der Sensor­ einheit 2 befindet sich entweder außen oder, zur besseren Sicherheit gegen gewollte oder ungewollte Fehlbedienung, im Inneren der Sensoreinheit 2. Im Fall der inneren Anordnung des Schalters 16 wird dieser durch ein elektronisches Zusatzgerät von außen aktiviert. Eine Testeinrichtung 17 zum Testen der Be­ triebsbereitschaft des Systems gibt beim Ein- und Ausschalten ein Warnsignal ab.

Die Sensoreinheit 2 übermittelt die verstärkten Meßsignale an die Auswerteeinheit 4. Diese bildet den Mittelwert aus den Meß­ signalen aller drei Koordinatenrichtungen und errechnet den Gradienten dieses Effektivwertes. Die Auswerteeinheit 4 arbei­ tet dabei im Dreikanalsystem. Die Gradientenbetrachtung des gemessenen Effektivwertes ist deshalb zu wählen, damit das Sicherungssystem 1 auch dann funktioniert, wenn im Meßbereich des Sensors 11 vibrationsemittierende Arbeitssysteme eingesetzt werden. Um einen Alarm auszulösen muß das aktuelle Meßsignal einen größeren Wert annehmen als ein definierter Schwellenwert, und einen größeren Wert als das Signal des letzten Meßtaktes, so daß Erschütterungen, die von einer permanenten Quelle ausge­ hen, ausgeblendet werden. Bei der Deaktivierung des Systems sendet die Auswerteeinheit 4 einen charakteristischen Hupton. Batterien oder Akkus 18 dienen der Energieversorgung für 24 Stunden Dauerbetrieb, und Thermalbatterien 19 zur Anzeige/- Meldung leerer Batterien/Akkus.

Die oben geschilderte Gradientenbetrachtung ist einer von mehreren möglichen Wegen, die derzeit von der Erfindung bevor­ zugt wird, da sie sehr einfach und effizient in der Realisie­ rung ist. Eventuell ist eine Unterstützung durch andere Metho­ den bei besonderer Anforderung notwendig.

Die Auswerteeinheit 4 liefert den Befehl zum Senden eines Ja- oder Nein-Signals an die Sendeeinheit 5, die das entsprechende Signal an die verschiedenen Empfänger weiterübermittelt. Die Sendeeinheit weist ebenfalls Batterien oder Akkus 20 zur Ener­ gieversorgung für 24 Stunden Dauerbetrieb und Thermalbatterien 21 zur Anzeige/Meldung leerer Batterien/Akkus auf.

Die Auswerteeinheit 4 sendet außerdem ein Aktivierungssignal zur Protokolleinheit 7. In der Protokolleinheit 7 werden Akti­ vierung und Deaktivierung des Systems, sowie einzelne Alarme mit Uhrzeit und Datum protokolliert. Im Protokollkopf werden Baustelle, Datum, Zeitraum, Verantwortlichkeit und Standort festgehalten.

Der Empfänger 22 an der Druckluftflasche (Thyphon) 8 empfängt das Signal von der Sendeeinheit 5 und aktiviert im Falle des JA-Signals über ein Druckluftventil 23 das Peripheriegerät Thyphon 8. Eine manuelle Bedienung des Thyphons 8 vor Ort ist jederzeit zusätzlich möglich.

Ein weiteres Signal der Sendeeinheit 5 geht an die Empfänger der einzelnen Bauarbeiter, die am Körper 9 der Personen getra­ gen werden. Diese Empfänger 9 werden beispielsweise am für Vibrationen empfindlichen Gesäß- oder Hüftbereich getragen und warnen im Falle des Ja-Signals durch Vibration von vorbestimm­ barer Intensität und Dauer. Zusätzlich kann im Empfänger 9 auch ein optischer Reiz, beispielsweise ein Blitz oder mehrere Blitzlichter in vorbestimmtem Intervall und vorbestimmter Gesamtdauer, erzeugt werden und/oder ein akustisches Signal abgegeben werden. Zwischen zwei Alarmen existiert keine Totzeit des Empfängers. Der Empfänger am Körper 9 weist einen Energie­ speicher 24 mit einer Schnellade- und Volladefunktion auf.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erfassung einer Gefahrenquelle, insbesondere Frühwarnsystem zur Erfassung von herannahenden Gleisfahrzeugen mittels Sensoren, und zur Abgabe von Warnsignalen für im Gefah­ renbereich befindliche Personen oder Personengruppen, wobei die Warnsignale wahlweise verstärkt einer Alarmeinrichtung zuge­ führt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefahrenquelle durch akustische und/oder optische und/ oder elektronische Sensoren (11) erfaßt wird, welche Signale an eine akustische, optische und sensitive Alarmeinrichtung (8, 9, 10) weiterleitet, von denen zumindest die sensitive Alarm­ eineinrichtung (9) am Körper der zu warnenden Person getragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als akustische Sensoren (11) Schwingungsaufnehmer dienen, die an zumindest einer Schiene (3) im Bereich zwischen zwei benachbarten Schwellen (12) befestigbar sind und Körperschall­ schwingungen im Bereich von 20 Hz bis 20 kHz, vorzugsweise 12,5 kHz, in drei Koordinatenrichtungen aufnehmen, wobei der Sensor (11) eine Gradientenbetrachtung eines gemessenen Effektivwertes durchführt, der den Körperschall in der Schiene (3) hinreichend beschreibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, daß als optischer Sensor (11) ein Infrarot-Sensor oder ein Laserstrahl-Sensor eingesetzt wird, der an zumindest einer Schiene (3) anbringbar ist und ein die Schiene (3) passierendes Objekt erfaßt, elektronisch auswertet und bei Erkennen der Gefahrenquelle ein Signal an die Alarmeinrichtungen (8, 9, 10) abgibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronischer Sensor (11) ein Ultraschall-Sensor eingesetzt wird, der an zumindest einer Schiene (3) anbringbar ist und ein die Schiene passierendes Objekt erfaßt, elektro­ nisch auswertet und bei Erkennen der Gefahrenquelle ein Signal an die Alarmeinrichtungen (8, 9, 10) abgibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) mittels eines Magneten an einer Seiten­ fläche des Schienenstegs befestigt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daß der Sensor (11) mit der Schiene mechanisch verbunden und gegen unerlaubtes Entfernen elektronisch und/oder mechanisch gesichert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) einen von außen nicht zugänglichen Be­ triebssystemschalter (16) aufweist, der durch eine Zentral­ einheit oder andere elektronische Einheit elektronisch und drahtlos betätigbar ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als sensitive Alarmeinrichtung ein Vibrator eingesetzt wird, der auf den Körper der zu warnenden Person bei Signal­ auslösung Vibrationen bzw. Körperschwingungen von vorbestimm­ barer Dauer und Größe ausübt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrator in Taschen einer Arbeitskleidung, insbesondere im Gesäßbereich oder Hüftbereich der zu warnenden Person unver­ lierbar eingesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als optische Alarmeinrichtung ein Lichtblitze in vorbe­ stimmbaren Intervallen und von vorbestimmbarer Dauer abgebendes Gerät eingesetzt wird, das wahlweise am Körper der zu war­ nenden Person getragen wird.