EP3527459A1 - Method and system for detecting a derailment of at least one axle of a railway vehicle - Google Patents

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EP3527459A1
EP3527459A1 EP18157652.1A EP18157652A EP3527459A1 EP 3527459 A1 EP3527459 A1 EP 3527459A1 EP 18157652 A EP18157652 A EP 18157652A EP 3527459 A1 EP3527459 A1 EP 3527459A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acceleration values
acceleration
acceleration sensor
course
rail vehicle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18157652.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexandra HOFFMANN
Mario Moser
Reto Schumacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
Priority to EP18157652.1A priority Critical patent/EP3527459A1/en
Publication of EP3527459A1 publication Critical patent/EP3527459A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains
    • B61L23/04—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/57—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for vehicles or vehicle trains, e.g. trackside supervision of train conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or vehicle train, e.g. pedals
    • B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for detecting a derailment of at least one axle of a rail vehicle.
  • Derailments often cause very high damage to rail infrastructure in railways, such as rails, sleepers, train control technology and the like, and also pose a major safety risk.
  • long, heavy trains is a derailment for a train driver often not visible.
  • derailed vehicles are dragged along a long way, on which they usually damage the infrastructure facilities to a great extent.
  • An early detection of a derailment could stop the train in question and drastically reduce property damage. Since derailed railway vehicles also represent a high security risk, which can lead to serious railway accidents, for example, as a result of a violation of the gauge, an early detection of derailment also contributes significantly to the safety of man and the environment.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method and a system for detecting a derailment of at least one axis of a rail vehicle, which is characterized by a relatively low cost of components to be installed and also reliably detects derailments in a timely manner.
  • the weight of a pulling axle leads to a compression of the track bedding, which is transmitted to the track carrier element fixedly connected to the rail.
  • This compression is referred to in professional circles as the pumping of the track and is characterized by a relatively steady initially to a maximum asymptotically rising and then from the maximum asymptotically sloping course, which tends to form lower frequencies in a frequency spectrum.
  • the distance between two track support elements equipped with an acceleration sensor may be between 10 and 5000 meters.
  • the received warning signal which allows identification of the warning unit deducting logic unit, it makes sense when the warning signal occurs when the rail traffic controlling instance identifies the rail vehicle or train after receipt of the warning message and measures to stop the rail vehicle or the train initiates.
  • the identification of the train can for example be based on the real-time data of a train control system, in which the location of the offset of the warning signal is equated with the train, which is located in the track block that includes this location and thus occupies it.
  • the command to stop can then be sent either directly to the driver's cab via a signal box and a Radio Block Center and requests the driver to immediately make an emergency stop.
  • a direct spark of the train driver from the control center or the immediate dissolution of the Movement Authority could be provided.
  • the signal box the next signal to display a HALT signal term.
  • the logic unit may comprise means for energy production and / or energy storage.
  • photovoltaic elements and related Energy storage can thus ensure the power supply of the logic unit and the acceleration sensor.
  • a contribution to the energy supply can also be made by the telepowering signal radiated at the head of the train, which, for example, feeds the energy required to transmit the ETCS telegrams inductively into the balise in the case of ETCS balises.
  • FIG. 1 schematically shows a system 2 for detecting a derailment of at least one axle 4 (wheels 4a and 4b) of a rail vehicle not shown here.
  • the rail vehicle continues along two rails 6, 8.
  • the rails 6, 8 are mounted on a sleeper body 10 which rests on a ballast bed 12.
  • Mounted on the sleeper body 10 (or other attached parts) is an acceleration measurement unit 14 that includes an acceleration sensor 16 and a logic unit 18.
  • an energy store 20 is provided, which is fed by a mounted near the track photovoltaic panel 22.
  • the acceleration measuring unit 14 it is possible to measure and evaluate the mechanical vibrations that occur when the rail vehicle passes by. This measurement is based on the relationship that a movement of the rail vehicle on the rails 6, 8 leads to a compression of the ballast bed 12.
  • the frequency spectrum of this time course will be enriched by high-frequency components according to a frequency analysis, which is quite clear in the comparison with the desired course according to the sequence (a). can be detected and thus determine a derailment. Furthermore, the pure value of the acceleration could also be compared with the determinable limit value a max in the desired course (a). These comparisons and the associated transformation into the frequency domain are carried out by the logic unit 18.
  • the acceleration measuring unit 14 wirelessly transmits a warning message 24, which also includes a sensor identifier for locating the acceleration measuring unit 14, to a control system 26.
  • This warning message is connected by the control system 26 with the train number of the trip, with which the train concerned can be identified.
  • the control system 26 then performs, for example, an automatic intervention in its further journey and stops the train at the next light signal.
  • the acceleration measuring unit 14 can be realized in the form of an integrated circuit and include the acceleration sensor 16, a microprocessor and a module for communication (eg for GSM, GSM-R or the like).
  • the measurement data of the acceleration sensor 16 are digitized by the microprocessor and transferred for example by means of an FFT in the frequency spectrum.
  • the Data then analyzed by the microprocessor and in case of violation of limit values (eg setpoint course a in FIG. 2 ) the warning message 24 discontinued.
  • derailments according to the granularity of equipped with acceleration measuring units 14 emerging bodies 10 can be detected shortly after their occurrence and the train by an active engagement, which is also automatically triggered, are stopped at its onward journey. Damage to the rail infrastructure as well as, of course, severe railway accidents as a result of derailment can at least be severely restricted without requiring a direct connection to the rail vehicle, including an elaborate sensor system for recognizing a derailment on each rail vehicle.

Abstract

Erfindungsgemäss sind ein System und Verfahren zur Detektion einer Entgleisung mindestens einer Achse (4) eines Schienenfahrzeugs vorgesehen, umfassend:a) Ausrüsten einer Anzahl von Gleistrageelementen (10), wie z.B. eine Holzschwelle, eine Betonschwelle, eine Hohlschwelle, ein Betonblock, mit einem Beschleunigungssensor (16) und einer mit dem Beschleunigungssensor (16) assoziierten Logikeinheit (18) ;b) Messen von Beschleunigungswerten und/oder eines Verlaufs von Beschleunigungswerten mit dem Beschleunigungssensor (16);c) Auswerten der gemessenen Beschleunigungswerte und/oder des gemessenen Verlaufs der Beschleunigungswerte durch Vergleich mit mindestens einem vorbestimmten Grenzwert für die Beschleunigungswerte und/oder mindestens einem vorbestimmten Grenzverlauf der Beschleunigungswerte; undd) Aussenden einer Warnmeldung (24) an eine den Schienenverkehr steuernde Instanz (26), wie z.B. ein Stellwerk und/oder ein Leitsystem, im Falle einer Überschreitung des mindestens eine vorbestimmten Grenzwerts und/oder des mindestens einen Grenzverlaufs.Auf diese Weise wird nun der Fokus bei der Entgleisungsdetektion vom Schienenfahrzeug hin zur Eisenbahninfrastruktur verschoben. Dank der Ausrüstung der Gleistrageelementen (Fahrbahnelemente) mit den Beschleunigungssensoren können Züge auf dem Netz eines Infrastrukturbetreibers flächendeckend überwacht werden. Dabei ist diese Überwachung nun vollkommen unabhängig vom Wagentyp, der Eisenverkehrsunternehmung, die das Fahrzeug besitzt, und sonstigen Fahrzeugausrüstungsbezogenen Parametern.According to the invention, a system and method for detecting derailment of at least one axle (4) of a rail vehicle are provided, comprising: a) Equipping a number of track support elements (10), such as a wooden sleeper, a concrete sleeper, a hollow sleeper, a concrete block, with an acceleration sensor (16) and a logic unit (18) associated with the acceleration sensor (16); b) measuring acceleration values and / or a course of acceleration values with the acceleration sensor (16); c) evaluating the measured acceleration values and / or the measured course of the acceleration values by comparison with at least one predetermined limit value for the acceleration values and / or at least one predetermined limit profile for the acceleration values; and d) sending a warning message (24) to an entity (26) controlling the rail traffic, such as an interlocking and / or a control system, if the at least one predetermined limit value and / or the at least one limit profile is exceeded the focus on derailment detection has shifted from the rail vehicle to the rail infrastructure. Thanks to the equipping of the track support elements (lane elements) with the acceleration sensors, trains can be monitored across the board on the network of an infrastructure operator. This monitoring is now completely independent of the wagon type, the iron transport company that owns the vehicle, and other vehicle equipment-related parameters.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und System zur Detektion einer Entgleisung mindestens einer Achse eines Schienenfahrzeugs.The present invention relates to a method and system for detecting a derailment of at least one axle of a rail vehicle.

Entgleisungen verursachen bei Eisenbahnen oftmals sehr hohe Sachschäden an der Eisenbahninfrastruktur, wie zum Beispiel den Schienen, den Schwellen, der Zugbeeinflussungstechnik und dergleichen, und stellen darüberhinaus ein grosses Sicherheitsrisiko dar. Besonders bei langen, schweren Zügen (Güterzüge) ist eine Entgleisung für einen Lokführer oftmals nicht erkennbar. In einem solchen Fall werden entgleiste Fahrzeuge über einen langen Weg mitgezogen, auf dem sie in der Regel die Infrastrukturanlagen in hohem Masse beschädigen.Derailments often cause very high damage to rail infrastructure in railways, such as rails, sleepers, train control technology and the like, and also pose a major safety risk. Especially with long, heavy trains (freight trains) is a derailment for a train driver often not visible. In such a case, derailed vehicles are dragged along a long way, on which they usually damage the infrastructure facilities to a great extent.

Durch eine frühzeitige Erkennung einer Entgleisung könnten der betroffene Zug gestoppt und die Sachschäden drastisch reduziert werden. Da entgleiste Bahnfahrzeuge auch ein hohes Sicherheitsrisiko darstellen, die zu schweren Eisenbahnunfällen beispielsweise infolge einer Verletzung des Lichtraumprofils führen können, trägt eine frühzeitige Erkennung einer Entgleisung auch erheblich zur Sicherheit von Mensch und Umwelt bei.An early detection of a derailment could stop the train in question and drastically reduce property damage. Since derailed railway vehicles also represent a high security risk, which can lead to serious railway accidents, for example, as a result of a violation of the gauge, an early detection of derailment also contributes significantly to the safety of man and the environment.

Bereits gelöst wird dieses Problem bei Fahrzeugen, die ausschliesslich Gefahrstoffe transportieren oder die im Hochgeschwindigkeitspersonenverkehr im Rahmen von festen Zugkompositionen (z.B. ICE, TGV und dergleichen) eingesetzt werden. Hier werden entsprechende mechanische Detektoren auf der Achse und/oder am Drehgestell eingesetzt. Bei der Detektion der Entgleisung lösen diese Detektoren eine Zwangsbremsung aus, die durch eine Absenkung des Druckes in der Bremsleitung herbeigeführt wird. Leider führt dies bei langen Zügen dazu, dass nur ein Teil der Wagen bremst und damit die Entgleisung möglicherweise für den Lokführer nicht erkennbar ist. Mit Erreichung einer erhöhten Güte derartiger Detektionssysteme steigen aber auch die Kosten für deren Installation und Unterhalt.This problem has already been solved for vehicles that transport only hazardous substances or that are used in high-speed passenger traffic in the context of fixed train compositions (eg ICE, TGV and the like). Here appropriate mechanical detectors are used on the axle and / or on the bogie. When detecting the derailment, these detectors trigger an emergency braking, which is caused by a reduction in the pressure in the brake line. Unfortunately, this leads to long trains that only a part of the car brakes and thus the derailment may not be recognizable to the driver. With the achievement of an increased quality of such detection systems but also increase the cost of their installation and maintenance.

Weiter bestehen bereits Ansätze, Entgleisungen elektronisch aufzudecken, indem Längsbewegungen im Zug gemessen werden, welche für Entgleisungen typisch sind. Auch dieser Ansatz weist zwei erhebliche Nachteile auf, weil einerseits eine Nachrüstung eines Zuges, besonders im grenzüberschreitenden Güterverkehr, aufwendig ist. Andererseits treten gerade in Güterzügen Längsbewegungen auch auf, wenn die Schraubenkupplungen nur locker angezogen sind. Dieser Nachteil wiegt besonders im Güterverkehr schwer, weil die einzelnen Wagen häufig gekoppelt und entkoppelt werden.Furthermore, there are already approaches to detect derailments electronically by measuring longitudinal movements in the train, which are typical of derailments. Also, this approach has two significant drawbacks, because on the one hand retrofitting a train, especially in cross-border freight, is expensive. On the other hand, even in freight trains, longitudinal movements also occur when the screw couplings are only loosely tightened. This disadvantage weighs particularly in freight heavy, because the individual cars are often coupled and decoupled.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Detektion einer Entgleisung mindestens einer Achse eines Schienenfahrzeugs anzugeben, welche sich durch einen vergleichsweise geringen Aufwand an zu installierenden Komponenten auszeichnet und zudem Entgleisungen zuverlässig und sehr zeitnah detektiert.The present invention is therefore based on the object of specifying a method and a system for detecting a derailment of at least one axis of a rail vehicle, which is characterized by a relatively low cost of components to be installed and also reliably detects derailments in a timely manner.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch ein Verfahren zur Detektion einer Entgleisung mindestens einer Achse eines Schienenfahrzeugs gelöst, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

  1. a) Ausrüsten einer Anzahl von Gleistrageelementen, wie z.B. eine Holzschwelle, eine Betonschwelle, eine Hohlschwelle, ein Betonblock, mit einem Beschleunigungssensor und einer mit dem Beschleunigungssensor assoziierten Logikeinheit;
  2. b) Messen von Beschleunigungswerten und/oder eines Verlaufs von Beschleunigungswerten mit dem Beschleunigungssensor;
  3. c) Auswerten der gemessenen Beschleunigungswerte und/oder des gemessenen Verlaufs der Beschleunigungswerte durch Vergleich mit mindestens einem vorbestimmten Grenzwert für die Beschleunigungswerte und/oder mindestens einem vorbestimmten Grenzverlauf der Beschleunigungswerte; und
  4. d) Aussenden einer Warnmeldung an eine den Schienenverkehr steuernde Instanz, wie z.B. ein Stellwerk und/oder ein Leitsystem, im Falle einer Überschreitung des mindestens einen vorbestimmten Grenzwerts und/oder des mindestens vorbestimmten Grenzverlaufs.
With regard to the method, this object is achieved according to the invention by a method for detecting a derailment of at least one axis of a rail vehicle, which comprises the following method steps:
  1. a) equipping a number of track support elements, such as a wooden sleeper, a concrete sleeper, a hollow sleeper, a concrete block, with an acceleration sensor and a logic unit associated with the acceleration sensor;
  2. b) measuring acceleration values and / or a progression of acceleration values with the acceleration sensor;
  3. c) evaluating the measured acceleration values and / or the measured course of the acceleration values by comparison with at least one predetermined limit value for the acceleration values and / or at least one predetermined limit profile of the acceleration values; and
  4. d) emitting a warning message to an instance controlling the rail traffic, such as an interlocking and / or a control system, in case of exceeding the at least one predetermined limit value and / or the at least predetermined limit profile.

Bezüglich des Systems wird diese Aufgabe erfindungsgemäss durch ein System zur Detektion einer Entgleisung mindestens einer Achse eines Schienenfahrzeugs gelöst, umfassend:

  1. a) eine Anzahl von Gleistrageelemente, wie z.B. eine Holzschwelle, eine Betonschwelle, eine Hohlschwelle, ein Betonblock, die mit einem Beschleunigungssensor und einer mit dem Beschleunigungssensor assoziierten Logikeinheit ausgerüstet sind und zur Messung von Beschleunigungswerten und/oder eines Verlaufs von Beschleunigungswerten mit dem Beschleunigungssensor ertüchtigt sind;
  2. b) die Logikeinheit zum Auswerten der gemessenen Beschleunigungswerte und/oder des gemessenen Verlaufs der Beschleunigungswerte durch Vergleich mit mindestens einem vorbestimmten Grenzwert für die Beschleunigungswerte und/oder mindestens einem vorbestimmten Grenzverlauf der Beschleunigungswerte; und
  3. c) ein mit der Logikeinheit assoziiertes Funkmodul, das eine Warnmeldung an eine den Schienenverkehr steuernde Instanz, wie z.B. ein Stellwerk und/oder ein Leitsystem, im Falle einer Überschreitung des mindestens eine vorbestimmten Grenzwerts und/oder des mindestens einen Grenzverlaufs aussendet.
With regard to the system, this object is achieved according to the invention by a system for detecting a derailment of at least one axle of a rail vehicle, comprising:
  1. a) a number of track support elements, such as a wooden sleeper, a concrete sleeper, a hollow sleeper, a concrete block equipped with an acceleration sensor and a logic unit associated with the acceleration sensor and adapted to measure acceleration values and / or a history of acceleration values with the acceleration sensor are;
  2. b) the logic unit for evaluating the measured acceleration values and / or the measured course of the acceleration values by comparison with at least one predetermined limit value for the acceleration values and / or at least one predetermined limit profile of the acceleration values; and
  3. c) a radio module associated with the logic unit, which sends a warning message to an instance controlling the rail traffic, such as a signal box and / or a guidance system, in the event of exceeding the at least one predetermined limit value and / or the at least one limit profile emits.

Auf diese Weise wird nun der Fokus bei der Entgleisungsdetektion vom Schienenfahrzeug hin zur Eisenbahninfrastruktur verschoben. Dank der Ausrüstung der Gleistrageelementen (Fahrbahnelemente) mit den Beschleunigungssensoren können Züge auf dem Netz eines Infrastrukturbetreibers flächendeckend überwacht werden. Dabei ist diese Überwachung nun vollkommen unabhängig vom Wagentyp, der Eisenverkehrsunternehmung, die das Fahrzeug besitzt, und sonstigen Fahrzeugausrüstungsbezogenen Parametern.In this way, the focus in the derailment detection is now shifted from the rail vehicle to the railway infrastructure. Thanks to the equipment of the track support elements (roadway elements) with the acceleration sensors, trains can be monitored comprehensively on the network of an infrastructure manager. This monitoring is now completely independent of the type of wagon, the iron and steel company that owns the vehicle, and other vehicle equipment-related parameters.

Bekanntermassen führt das Gewicht einer Zugachse zu einer Kompression der Gleisbettung, welche auf das mit der Schiene fest verbundene Gleistrageelement übertragen wird. Diese Kompression wird in Fachkreisen auch als das Pumpen des Gleises bezeichnet und zeichnet sich durch einen relativ stetigen zunächst zu einem Maximum asymptotisch ansteigenden und danach vom Maximum asymptotisch abfallenden Verlauf aus, der in einem Frequenzspektrum eher tiefere Frequenzen ausbildet. Mit dieser Erkenntnis ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sinnvoll, wenn der vorbestimmte Grenzverlauf aus einem Verlauf der Gleisabsenkung bei Überfahrt eines mit einem Beschleunigungssensor ausgerüsteten Gleistrageelements durch ein Rad eines Schienenfahrzeugs abgeleitet wird. Da bei einer Entgleisung diese angesprochene Pumpbewegung infolge der nicht mehr auf den Schienen laufenden Achse deutlich abgeschwächt auftritt, tritt neu ein eher impulsartiger (Dirac-stossartiger) Beschleunigungsverlauf durch das schlagartige Auftreffen des entgleisten Rades auf dem Gleistrageelement hinzu, was sich dann ganz klar im Frequenzspektrum in dem Auftreten von eher höheren Frequenzkomponenten zeigt. Ein derartiger Verlauf ist daher vergleichsweise einfach bei dem Vergleich mit dem Sollverlauf der Beschleunigungswerte aufspürbar. Eine geeignete Analysenmethode zur Anstellung dieses Vergleichs ist beispielsweise die Anwendung einer FFT (Fast-Fourier-Transformation) auf den zeitlichen Verlauf der Beschleunigungswerte.As is known, the weight of a pulling axle leads to a compression of the track bedding, which is transmitted to the track carrier element fixedly connected to the rail. This compression is referred to in professional circles as the pumping of the track and is characterized by a relatively steady initially to a maximum asymptotically rising and then from the maximum asymptotically sloping course, which tends to form lower frequencies in a frequency spectrum. With this realization, it makes sense in an advantageous embodiment of the invention, when the predetermined boundary course is derived from a course of the track lowering when crossing a equipped with an acceleration sensor track element by a wheel of a rail vehicle. Since in a derailment this mentioned pumping movement occurs significantly weakened as a result of no longer running on the rails axis, now enters a rather impulsive (Dirac-shock) acceleration course by the sudden impact of the derailed wheel on the track element added, which is then quite clear in the frequency spectrum in the appearance of rather higher frequency components. Such a course is Therefore comparatively easy to track in the comparison with the desired course of the acceleration values. A suitable analysis method for making this comparison is, for example, the application of an FFT (fast Fourier transformation) on the time course of the acceleration values.

Typischerweise kann der Abstand von zwei mit einem Beschleunigungssensor ausgerüsteten Gleistrageelementen zwischen 10 und 5000 Metern betragen.Typically, the distance between two track support elements equipped with an acceleration sensor may be between 10 and 5000 meters.

Aufgrund des erhaltenen Warnsignals, das eine Identifizierung des das Warnsignal absetzenden Logikeinheit erlaubt, ist es bei Auftreten des Warnsignals sinnvoll, wenn die den Schienenverkehr steuernde Instanz das Schienenfahrzeug bzw. den Zugverband nach Erhalt der Warnmeldung identifiziert und Massnahmen zum Anhalten des Schienenfahrzeugs bzw. des Zugverbands einleitet. Die Identifikation des Zuges kann beispielsweise anhand den Echtzeitdaten eines Zugleitsystems erfolgen, bei dem der Ort der Absetzung des Warnsignals mit dem Zug gleichgesetzt wird, der sich in dem diesen Ort umfassenden Gleisblock befindet und diesen somit belegt. Das Kommando zum Anhalten kann dann entweder über ein Stellwerk und ein Radio Block Center direkt in den Führerstand gefunkt werden und fordert den Zugführer zur sofortigen Vornahme einer Schnellbremsung auf. Alternativ könnte auch ein direktes Anfunken des Zugführers aus der Leitstelle heraus oder das sofortige Auflösen der Movement Authority vorgesehen sein. Auch könnte seitens des Stellwerks das nächstkommende Signal zur Anzeige eines HALT-Signalbegriff angesteuert werden.Due to the received warning signal, which allows identification of the warning unit deducting logic unit, it makes sense when the warning signal occurs when the rail traffic controlling instance identifies the rail vehicle or train after receipt of the warning message and measures to stop the rail vehicle or the train initiates. The identification of the train can for example be based on the real-time data of a train control system, in which the location of the offset of the warning signal is equated with the train, which is located in the track block that includes this location and thus occupies it. The command to stop can then be sent either directly to the driver's cab via a signal box and a Radio Block Center and requests the driver to immediately make an emergency stop. Alternatively, a direct spark of the train driver from the control center or the immediate dissolution of the Movement Authority could be provided. Also could be driven by the signal box, the next signal to display a HALT signal term.

In einer zweckmässigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Logikeinheit Mittel zur Energiegewinnung und/oder Energiespeicherung umfassen. Besonders Photovoltaik-Elemente und zugehörige Energiespeicher können so die Energieversorgung der Logikeinheit und des Beschleunigungssensors gewährleisten. Einen Beitrag zur Energieversorgung kann auch das am Zugkopf abgestrahlte Telepowering-Signal leisten, das beispielsweise bei ETCS-Balisen die zur Aussendung der ETCS-Telegramme erforderliche Energie induktionsweise in die Balise einspeist.In an expedient embodiment of the present invention, the logic unit may comprise means for energy production and / or energy storage. Especially photovoltaic elements and related Energy storage can thus ensure the power supply of the logic unit and the acceleration sensor. A contribution to the energy supply can also be made by the telepowering signal radiated at the head of the train, which, for example, feeds the energy required to transmit the ETCS telegrams inductively into the balise in the case of ETCS balises.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the present invention can be taken from the remaining subclaims.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die anhängende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1
schematisch ein System zur Detektion von Entgleisungen im schienengebundenen Verkehr; und
Figur 2
schematisch zwei qualitativ typische Verläufe von Beschleunigungswerten bei korrekter Zugüberfahrt und Zugüberfahrt mit entgleister Achse.
Advantageous embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
FIG. 1
schematically a system for the detection of derailments in rail transport; and
FIG. 2
schematically two qualitatively typical courses of acceleration values with correct train crossing and train crossing with derailed axle.

Figur 1 zeigt schematisch ein System 2 zur Detektion einer Entgleisung mindestens einer Achse 4 (Räder 4a und 4b) eines hier nicht weiter dargestellten Schienenfahrzeugs. Das Schienenfahrzeug bewegt sich entlang von zwei Schienen 6, 8 fort. Die Schienen 6, 8 sind auf einem Schwellenkörper 10, der auf einem Schotterbett 12 ruht, befestigt. Auf dem Schwellenkörper 10 (oder anderen angebauten Teilen) ist eine Beschleunigungsmesseinheit 14 befestigt, die einen Beschleunigungssensor 16 und eine Logikeinheit 18 umfasst. Zur Versorgung der Beschleunigungsmesseinheit 14 ist ein Energiespeicher 20 vorgesehen, der von einem in Gleisnähe montierten Photovoltaikpanel 22 gespeist wird. FIG. 1 schematically shows a system 2 for detecting a derailment of at least one axle 4 (wheels 4a and 4b) of a rail vehicle not shown here. The rail vehicle continues along two rails 6, 8. The rails 6, 8 are mounted on a sleeper body 10 which rests on a ballast bed 12. Mounted on the sleeper body 10 (or other attached parts) is an acceleration measurement unit 14 that includes an acceleration sensor 16 and a logic unit 18. To supply the acceleration measuring unit 14, an energy store 20 is provided, which is fed by a mounted near the track photovoltaic panel 22.

Dank der Beschleunigungsmesseinheit 14 können die bei der Vorbeifahrt des Schienenfahrzeugs entstehenden mechanischen Schwingungen gemessen und ausgewertet werden. Dieser Messung liegt der Zusammenhang zugrunde, dass eine Bewegung des Schienenfahrzeugs auf den Schienen 6, 8 zu einer Kompression des Schotterbetts 12 führt. Der Beschleunigungssensor 16 erfährt dabei eine Beschleunigung in Richtung der Vertikalen, was der entsprechenden Pumpbewegung des Gleises entspricht. Aufgrund der Annäherung des Schienenfahrzeugs an den Beschleunigungssensor 16 und der Federwirkung des Schotterbettes 12 bildet sich der Verlauf der Beschleunigungswerte kontinuierlich und in Form einer Kurve der Art a(t) = 1 - A0e-xt aus, wie dies in Figur 2 für den Verlauf (a) gezeigt ist. Bei einer Frequenzanalyse dieses Zeitsignals ergibt sich eine Frequenzspektrum, das durch eher tiefe Frequenzen gekennzeichnet ist.Thanks to the acceleration measuring unit 14, it is possible to measure and evaluate the mechanical vibrations that occur when the rail vehicle passes by. This measurement is based on the relationship that a movement of the rail vehicle on the rails 6, 8 leads to a compression of the ballast bed 12. The acceleration sensor 16 experiences an acceleration in the direction of the vertical, which corresponds to the corresponding pumping movement of the track. Due to the approach of the rail vehicle to the acceleration sensor 16 and the spring action of the ballast bed 12, the course of the acceleration values is formed continuously and in the form of a curve of the type a (t) = 1-A 0 e -xt , as shown in FIG FIG. 2 for the course (a) is shown. In a frequency analysis of this time signal results in a frequency spectrum that is characterized by rather low frequencies.

Entgleist aber nun das Schienenfahrzeug resp. die in Figur 1 gezeigte Achse 4, laufen die Räder 4a, 4b nicht mehr auf den Schienen 6, 8, sondern die Räder 4a, 4b bewegen sich auf den Schwellenkörpern 10 fort (sie werden sozusagen vom Zug mitgeschleift). Dadurch findet eine schlagartige Beschleunigung des Schwellenkörpers 10 statt, wenn die Achse 4 resp. deren Räder 4a, 4b auf den Schwellenkörper 10 auftrift. Diese Schläge führen dazu, dass der Beschleunigungssensor ebenfalls eine schlagartige Beschleunigung erfährt, wodurch der Verlauf der Beschleunigungswerte einen Dirac-Stoss-artigen Charakter annimmt, was durch den Verlauf (b) in der Figur 2 repräsentiert sein soll. Bei Einhaltung des Abtasttheorems wird das Frequenzspektrum dieses zeitlichen Verlauf nach einer Frequenzanalyse um hochfrequente Anteile bereichert sein, welche ganz klar bei dem Vergleich mit dem Sollverlauf gemäss Verlauf (a) detektiert werden können und so eine Entgleisung feststellen lassen. Weiter könnte auch der reine Wert der Beschleunigung mit dem bestimmbaren Grenzwert amax im Sollverlauf (a) verglichen werden. Diese Vergleiche sowie die zugehörige Transformation in den Frequenzbereich werden von der Logikeinheit 18 ausgeführt.But derailed now the rail vehicle resp. in the FIG. 1 shown axle 4, the wheels 4a, 4b no longer run on the rails 6, 8, but the wheels 4a, 4b move on the threshold bodies 10 away (they are entrained, so to speak, by the train). As a result, a sudden acceleration of the threshold body 10 takes place when the axis 4 resp. whose wheels 4a, 4b on the threshold body 10 is applied. These impacts also cause the acceleration sensor to experience a sudden acceleration, causing the acceleration values to take on a Dirac-like nature, as indicated by curve (b) in FIG FIG. 2 should be represented. If the sampling theorem is adhered to, the frequency spectrum of this time course will be enriched by high-frequency components according to a frequency analysis, which is quite clear in the comparison with the desired course according to the sequence (a). can be detected and thus determine a derailment. Furthermore, the pure value of the acceleration could also be compared with the determinable limit value a max in the desired course (a). These comparisons and the associated transformation into the frequency domain are carried out by the logic unit 18.

Wird nun eine sich derartig manifestierende Entgleisung detektiert, sendet die Beschleunigungsmesseinheit 14 drahtlos eine Warnmeldung 24, die auch eine Sensorkennung zur Ortung der Beschleunigungsmesseinheit 14 umfasst, an ein Leitsystem 26 aus. Diese Warnmeldung wird von dem Leitsystem 26 mit der Zugnummer der Fahrt verbunden, womit der betroffene Zug identifiziert werden kann. Das Leitsystem 26 nimmt dann beispielsweise einen automatischen Eingriff in dessen weitere Fahrt vor und stoppt den Zug am nächsten Lichtsignal.If a derailment manifesting in this way is detected, the acceleration measuring unit 14 wirelessly transmits a warning message 24, which also includes a sensor identifier for locating the acceleration measuring unit 14, to a control system 26. This warning message is connected by the control system 26 with the train number of the trip, with which the train concerned can be identified. The control system 26 then performs, for example, an automatic intervention in its further journey and stops the train at the next light signal.

Die Spannungsversorgung erfolgt hier über das Photovoltaikpanel 22 oder ähnliches Energy Harvesting, wie zum Beispiel Aufnahme des von dem Zugkopf abgestrahlten Tele-Powering-Signal (sog. 27 MHz-Keule bei ETCS). Der Energieverbrauch der Beschleunigungsmesseinheit 14 ist vergleichsweise gering, weil nur in zwei Fällen überhaupt kurze Meldungen übertragen werden müssen:

  1. a) Warnmeldung 24 bei festgestellter Entgleisung; und
  2. b) Lebenszeichen, z.B. einmal täglich.
The power is supplied here via the photovoltaic panel 22 or similar energy harvesting, such as recording of the train head radiated tele-powering signal (so-called 27 MHz lobe at ETCS). The energy consumption of the acceleration measuring unit 14 is comparatively low, because only in two cases at all short messages must be transmitted:
  1. a) warning message 24 if derailment is detected; and
  2. b) Sign of life, eg once a day.

Die Beschleunigungsmesseinheit 14 kann dabei in Form einer integrierten Schaltung realisiert werden und den Beschleunigungssensor 16, einen Mikroprozessor sowie ein Modul zur Kommunikation (z.B. für GSM, GSM-R oder ähnliches) umfassen. Die Messdaten des Beschleunigungssensors 16 werden von dem Mikroprozessor digitalisiert und beispielsweise mittels einer FFT in das Frequenzspektrum überführt. In dieser Form werden die Daten dann durch den Mikroprozessor analysiert und bei einer Verletzung von Grenzwerten (z.B. Sollverlauf a in Figur 2) die Warnmeldung 24 abgesetzt.The acceleration measuring unit 14 can be realized in the form of an integrated circuit and include the acceleration sensor 16, a microprocessor and a module for communication (eg for GSM, GSM-R or the like). The measurement data of the acceleration sensor 16 are digitized by the microprocessor and transferred for example by means of an FFT in the frequency spectrum. In this form, the Data then analyzed by the microprocessor and in case of violation of limit values (eg setpoint course a in FIG. 2 ) the warning message 24 discontinued.

Auf diese Weise können Entgleisungen entsprechend der Granularität von mit Beschleunigungsmesseinheiten 14 ausgerüsteten Schwellenkörpern 10 bereits kurz nach ihrem Auftreten detektiert werden und der Zug durch einen aktiven Eingriff, der auch automatisch auslösbar ist, an dessen Weiterfahrt gestoppt werden. So können Beschädigungen an der Schieneninfrastruktur sowie natürlich schwere Eisenbahnunglücke infolge von Entgleisungen zumindest stark eingeschränkt werden ohne dass eine direkte Verbindung zum Schienenfahrzeug inkl. einer aufwändigen Sensorik zur fahrzeugseitigen Erkennung einer Entgleisung auf jedem Schienenfahrzeug notwendig wären.In this way, derailments according to the granularity of equipped with acceleration measuring units 14 emerging bodies 10 can be detected shortly after their occurrence and the train by an active engagement, which is also automatically triggered, are stopped at its onward journey. Damage to the rail infrastructure as well as, of course, severe railway accidents as a result of derailment can at least be severely restricted without requiring a direct connection to the rail vehicle, including an elaborate sensor system for recognizing a derailment on each rail vehicle.

Aus dem ermittelten Frequenzspektrum können auch weitere Informationen zur Fahrbahn (Bettungszustand) gewonnen werden.From the determined frequency spectrum, further information on the roadway (bedding condition) can be obtained.

Claims (12)

Verfahren zur Detektion einer Entgleisung mindestens einer Achse (4) eines Schienenfahrzeugs, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Ausrüsten einer Anzahl von Gleistrageelementen (10), wie z.B. eine Holzschwelle, eine Betonschwelle, eine Hohlschwelle, ein Betonblock, mit einem Beschleunigungssensor (16) und einer mit dem Beschleunigungssensor (16) assoziierten Logikeinheit (18) ; b) Messen von Beschleunigungswerten und/oder eines Verlaufs von Beschleunigungswerten mit dem Beschleunigungssensor (16); c) Auswerten der gemessenen Beschleunigungswerte und/oder des gemessenen Verlaufs der Beschleunigungswerte durch Vergleich mit mindestens einem vorbestimmten Grenzwert für die Beschleunigungswerte und/oder mindestens einem vorbestimmten Grenzverlauf der Beschleunigungswerte; und d) Aussenden einer Warnmeldung (24) an eine den Schienenverkehr steuernde Instanz (26), wie z.B. ein Stellwerk und/oder ein Leitsystem, im Falle einer Überschreitung des mindestens eine vorbestimmten Grenzwerts und/oder des mindestens einen Grenzverlaufs. Method for detecting a derailment of at least one axle (4) of a rail vehicle, comprising the following method steps: a) equipping a number of track support elements (10), such as a wooden sleeper, a concrete sleeper, a hollow sleeper, a concrete block, with an acceleration sensor (16) and a logic unit (18) associated with the acceleration sensor (16); b) measuring acceleration values and / or a progression of acceleration values with the acceleration sensor (16); c) evaluating the measured acceleration values and / or the measured course of the acceleration values by comparison with at least one predetermined limit value for the acceleration values and / or at least one predetermined limit profile of the acceleration values; and d) sending a warning message (24) to an instance controlling the rail traffic (26), such as a signal box and / or a control system, in case of exceeding the at least one predetermined limit and / or the at least one boundary. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennezeichnet, dass
der vorbestimmte Grenzverlauf aus einem Verlauf der Gleisabsenkung bei Überfahrt eines mit einem Beschleunigungssensor (16) ausgerüsteten Gleistrageelements (10) durch ein Rad (4a, 4b) eines Schienenfahrzeugs abgeleitet wird.Method according to claim 1,
characterized in that
the predetermined boundary course is derived from a course of the track lowering during passage of a track carrier element (10) equipped with an acceleration sensor (16) through a wheel (4a, 4b) of a rail vehicle. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennezeichnet, dass
der Abstand von zwei mit einem Beschleunigungssensor (16) ausgerüsteten Gleistrageelementen (10) zwischen 10 und 5000 Meter beträgt.Method according to claim 1 or 2,
characterized in that
the distance between two track carrier elements (10) equipped with an acceleration sensor (16) is between 10 and 5000 meters. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die den Schienenverkehr steuernde Instanz (26) ein Schienenfahrzeug bzw. einen Zugverband nach Erhalt der Warnmeldung identifiziert und Massnahmen zum Anhalten des Schienenfahrzeugs bzw. des Zugverbands einleitet.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the rail traffic controlling authority (26) identifies a rail vehicle or train set upon receipt of the warning and initiates action to stop the rail vehicle or train band. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der gemessene Verlauf der Beschleunigungswerte einer Transformation in den Frequenzraum, beispielsweise einer Fast-Fourier-Transformation, unterzogen wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the measured profile of the acceleration values is subjected to a transformation into the frequency domain, for example a fast Fourier transformation. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Logikeinheit (18) Mittel zur Energiegewinnung (22) und/oder Energiespeicherung (20) umfasst.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the logic unit (18) comprises means for generating energy (22) and / or energy storage (20). System zur Detektion einer Entgleisung mindestens einer Achse (4) eines Schienenfahrzeugs, umfassend: a) eine Anzahl von Gleistrageelemente (10), wie z.B. eine Holzschwelle, eine Betonschwelle, eine Hohlschwelle, ein Betonblock, die mit einem Beschleunigungssensor (16) und einer mit dem Beschleunigungssensor (16) assoziierten Logikeinheit (18) zur Messung von Beschleunigungswerten und/oder eines Verlaufs von Beschleunigungswerten mit dem Beschleunigungssensor (16) ausgerüstet sind; b) die Logikeinheit (18) zum Auswerten der gemessenen Beschleunigungswerte und/oder des gemessenen Verlaufs der Beschleunigungswerte durch Vergleich mit mindestens einem vorbestimmten Grenzwert für die Beschleunigungswerte und/oder mindestens einem vorbestimmten Grenzverlauf der Beschleunigungswerte; und c) ein mit der Logikeinheit (18) assoziiertes Funkmodul, das eine Warnmeldung (24) an eine den Schienenverkehr steuernde Instanz (26), wie z.B. ein Stellwerk und/oder ein Leitsystem, im Falle einer Überschreitung des mindestens eine vorbestimmten Grenzwerts und/oder des mindestens einen Grenzverlaufs aussendet. A system for detecting a derailment of at least one axle (4) of a rail vehicle, comprising: a) a number of track support elements (10), such as a wooden sleeper, a concrete sleeper, a hollow sleeper, a concrete block, connected to an acceleration sensor (16) and a logic unit (18) associated with the acceleration sensor (16) for measuring acceleration values and / or a course of acceleration values are equipped with the acceleration sensor (16); b) the logic unit (18) for evaluating the measured acceleration values and / or the measured course of the acceleration values by comparison with at least one predetermined limit value for the acceleration values and / or at least one predetermined limit profile of the acceleration values; and c) a radio module associated with the logic unit (18) which sends a warning message (24) to an instance (26) controlling the rail traffic, such as a signal box and / or a control system, in the case of exceeding the at least one predetermined limit value and / or the at least one borderline emits. System nach Anspruch 7,
dadurch gekennezeichnet, dass
der vorbestimmte Grenzverlauf aus einem Verlauf der Gleisabsenkung bei Überfahrt eines mit einem Beschleunigungssensor (16) ausgerüsteten Gleistrageelements (10) durch ein Rad (4a, 4b) eines Schienenfahrzeugs abgeleitet ist.System according to claim 7,
characterized in that
the predetermined boundary course is derived from a course of the track lowering during passage of a track carrier element (10) equipped with an acceleration sensor (16) through a wheel (4a, 4b) of a rail vehicle. System nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennezeichnet, dass
der Abstand von zwei mit einem Beschleunigungssensor (16) ausgerüsteten Gleistrageelementen (10) zwischen 10 bis 5000 Meter beträgt.System according to claim 7 or 8,
characterized in that
the distance between two track carrier elements (10) equipped with an acceleration sensor (16) is between 10 and 5000 meters. System nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die den Schienenverkehr steuernde Instanz (26) ein Schienenfahrzeug bzw. einen Zugverband nach Erhalt der Warnmeldung (24) identifiziert und Massnahmen zum Anhalten des Schienenfahrzeugs bzw. des Zugverbands einleitet.System according to one of the preceding claims 7 to 9, characterized in that
the rail traffic controlling entity (26) identifies a rail vehicle or train set upon receipt of the warning message (24) and initiates action to stop the rail vehicle or train set. System nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
der gemessene Verlauf der Beschleunigungswerte beispielsweise einer Fast-Fourier-Transformation unterzogen wird.System according to one of the preceding claims 7 to 10, characterized in that
the measured course of the acceleration values is subjected, for example, to a fast Fourier transformation. System nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Logikeinheit (18) Mittel zur Energiegewinnung (22) und/oder Energiespeicherung (20) umfasst.System according to one of the preceding claims 7 to 11, characterized in that
the logic unit (18) comprises means for generating energy (22) and / or energy storage (20).
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