EP4454971A1 - Balisengehäuse mit einer aufnahmestruktur für elektronische funktionskomponenten - Google Patents

Balisengehäuse mit einer aufnahmestruktur für elektronische funktionskomponenten Download PDF

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EP4454971A1
EP4454971A1 EP24167496.9A EP24167496A EP4454971A1 EP 4454971 A1 EP4454971 A1 EP 4454971A1 EP 24167496 A EP24167496 A EP 24167496A EP 4454971 A1 EP4454971 A1 EP 4454971A1
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EP
European Patent Office
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balise
housing
impact surface
impact
housing according
Prior art date
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Granted
Application number
EP24167496.9A
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English (en)
French (fr)
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EP4454971C0 (de
EP4454971B1 (de
Inventor
Frank Gerken
Christian Grosche
Jürgen Lange
Uwe Lauschke
Viktor Saitow
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 Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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Publication date
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Publication of EP4454971A1 publication Critical patent/EP4454971A1/de
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Publication of EP4454971B1 publication Critical patent/EP4454971B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/02—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
    • B61L3/08—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B61L3/126—Constructional details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/02—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
    • B61L3/08—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves

Definitions

  • the invention includes the following subject matter: a balise housing with a receiving structure.
  • the invention also includes the following subject matter: a track system with a track.
  • balise housings with housing covers.
  • housing covers are made of metal or plastic, for example, or both materials, and represent an additional component that can be installed in the track bed to protect the balise if necessary.
  • a balise housing can be protected with a protective cover that consists of four parts.
  • the balise housing is attached to two steel connecting elements, whereby the connecting elements are supported on a rail sleeper and in the track bed adjacent to the rail sleeper.
  • a three-part plastic structure is attached to the connecting elements, which consists of two ramp-like components on the edge of the connecting elements and a cover component, creating a protected space for the balise housing.
  • the components of the balise are housed in the balise housing.
  • the protective function for the balise is supported by the ramp-like structure and the support on the track bed, since foreign objects that could endanger the balise bounce off the inclined surfaces thus formed. The The resulting forces are absorbed by the protective cover and are therefore not transferred to the balise housing.
  • balises make the use of balises more expensive (component expenditure, increased assembly effort), which is why the operator of the balises must consider economic aspects and ask themselves whether protection of the balise is necessary in individual cases.
  • the object of the invention is to solve the problems described in the prior art.
  • the object is to ensure that a balise housing can be used without the aid of additional components and without additional assembly effort and is nevertheless well protected against damage.
  • the object of the invention is to provide a track system in which a balise with a balise housing is installed, which has the properties described above.
  • the electronic functional components of the balise are those functional components which are responsible for the are responsible for the function of the balise.
  • the balise is a track element which can preferably be installed in railway lines, but also, for example, in roadways for motor vehicles.
  • the balise has an antenna with which it can preferably be activated and which is set up to send out information, the so-called balise telegram.
  • a microcomputer which stores the balise telegram in a memory unit and sends it out via the balise antenna when activated (so-called fixed data balise).
  • Another possibility is for the balise to have an interface via which a balise telegram can be transmitted to the balise.
  • balises are preferably mounted on rail sleepers, for which there are preferably several passages in the balise housing to accommodate fastening screws.
  • the fastening screws can be screwed into the rail sleeper (more on this below).
  • the crossing direction refers to the direction in which the vehicle to which and/or from which a transfer is to be made crosses the beacon.
  • the side surfaces are perpendicular to this direction, i.e. they face the approaching vehicle or face away from the departing vehicle.
  • the cover surface forms the upper end and is therefore facing the vehicle during the crossing. All of these details apply to the installation position of the beacon, which is attached, for example, to a rail sleeper, which thus forms the base. This defines the installation position of the beacon housing and geometric details can be given, particularly in relation to horizontal planes (see below).
  • the side surfaces of the balise are provided with an upper impact surface and a lower impact surface, between which only a comparatively narrow impact edge is formed.
  • the side surface of the balise housing can penetrate into the ice lump and burst it due to the normal forces occurring on the free surfaces.
  • the total of the ice particles that are created puts less strain on the balise housing, so that it can advantageously survive the impact undamaged.
  • a track system is described with a track in which rails are rail sleepers are laid and on which a beacon is attached to at least one sleeper.
  • beacons are laid in tracks. These are preferably attached to the rail sleepers. The attachment is preferably done using screw connections, whereby the beacon housing has through holes through which the screws are inserted in order to screw them to the rail sleeper.
  • the balise has a balise housing in the design described above and the balise housing has a width in the crossing direction that is greater than the width of an upper side of the rail sleeper on which the balise is attached.
  • Rail sleepers usually have a rectangular or trapezoidal profile, with the trapezoidal profile converging towards the top. This defines the top of the railroad sleeper, which runs from outer edge to outer edge. The width of the top is measured in the direction of crossing in the context of this invention. This results in a type of T-shaped profile in the cross section of the railroad sleeper and the beacon housing mounted on it, with the upper beam of the T being formed by the beacon housing. In other words, the greater width of the beacon housing creates an overhang, with a cavity underneath the overhang that extends to the railroad sleeper.
  • This cavity is advantageously available for collecting ice particles when they are deflected downwards by the impact edge and then redirected along the lower impact surface.
  • the cavity can therefore be seen as a kind of reservoir for a destroyed ice lump, in which the ice particles of the destroyed ice lump can collect without the Exposing the balise housing to strong mechanical stress.
  • This has the advantage that the forces acting on the balise housing are balanced during the destruction of the ice lump and thus a global plastic deformation of the balise housing can be avoided. Otherwise, ice particles that collect below the balise housing could develop a pressure force from below, which could also lead to the balise housing bending upwards.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the upper parallel surface and the lower impact surface are aligned at the same angle.
  • This arrangement of the impact surfaces has the advantage that the distribution of the forces exerted by the ice particles on the impact surface is approximately balanced. It has been shown that the ice particles, which are formed by the penetration of the impact edge into the ice lump, are deflected in the area of the impact surfaces and thereby exert a surface load on the free surfaces. If the impact surfaces are aligned at the same angle, the vertical force components of a normal force resulting from the surface load cancel each other out, which is why no bending moment is exerted on the housing as a whole. This also contributes to the housing as a whole not bending when the lump of ice hits it.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the upper impact surface and the lower impact surface form a wedge.
  • a wedge is created when the impact surfaces are aligned flat.
  • the upper impact surface extends from the impact edge to the outer edge of the top and the lower impact surface extends from the impact edge to the outer edge of the bottom of the beacon housing.
  • the wedge-shaped design of the impact surfaces has the advantage that it ensures that the shape of the balise housing is easy to manufacture and, in the case of a primary molding manufacturing method (such as injection molding), that it is easy to demold.
  • a primary molding manufacturing method such as injection molding
  • the mechanical behavior of the impact surfaces can be easily predicted if they have a simple, i.e. flat, geometry.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the abutting edge is located in the middle of at least one side surface with respect to the height of the balise housing.
  • the centre in the sense of the invention is defined by the fact that the side surface above and below the centre forms two essentially equal-sized partial surfaces. These equal Large partial surfaces form the upper impact surface and the lower impact surface. With a wedge-shaped design of the free surfaces, equal impact surfaces extend above and below the middle, so that the cross-section of the balise housing in the area of the side surfaces is described by an isosceles triangle.
  • the arrangement of the impact edge in the middle has the advantage that the ice particles that are created when the ice lump is destroyed are distributed essentially equally between the upper impact surface and the lower impact surface. This concerns the ice particles whose direction of movement is deflected by the impact surfaces. With a large ice lump, ice particles can also be created which fly over the beacon housing due to a greater flight altitude without being deflected. However, these do not put any strain on the beacon housing and are therefore not taken into account in this approximate model analysis.
  • a balanced distribution of the deflected ice particles between the upper impact surface and the lower impact surface has the advantage that the surface loads imposed by the deflection, which trigger a normal force, are essentially balanced. It has already been described that this has a beneficial effect on the deformation of the housing in that the horizontal components of the normal force cancel each other out and no bending moment is exerted on the housing. This reduces the mechanical loads that occur and, in particular, that the balise housing is detached from the rail sleeper.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the abutting edge extends in such a way that it divides a projection surface of the side surface into an upper projection sub-surface and a lower projection sub-surface whose area ratio is in a range of 30% to 70% to 70% to 30%, preferably 50% to 50%.
  • a deviation from the area ratio of 50% to 50% can, however, compensate for other effects that lead to an uneven distribution of the resulting normal forces mentioned above. If, for example, the overhang of the balise housing from the edge of the rail sleeper is not large enough to completely absorb the ice particles deflected downwards, an additional pressure force is created from bottom to top, which is exerted by the ice particles accumulated in the cavity. In such a case, the impact edge can, for example, be moved downwards compared to the middle in order to compensate for this additional force. This is because the upper impact surface becomes larger than the lower impact surface and the inclination of both free surfaces also changes.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the oblique inclination of the upper impact surface upwards and the lower impact surface downwards in the planned installation position of the balise housing in relation to a horizontal plane by an inclination angle ⁇ of at least 30° and at most 60°, preferably at least 40° and at most 50°.
  • the angle of inclination determines the surface area of the upper impact surface and the lower impact surface.
  • the smaller the angle of inclination the larger the surface area.
  • the smaller the angle of inclination the more difficult it is to accommodate the impact surface on the outside of the balise housing. Due to the installation space required, the impact surface cannot be extended as far as desired to the middle of the balise housing. Therefore, a longer impact surface would lead to a larger width of the balise housing and thus also to a larger overhang. Among other things, this would lead to higher material consumption in terms of the material used for the balise housing.
  • the wedge formed by the impact surfaces becomes increasingly pointed, which reduces its mechanical stability.
  • the aspects of the invention explained above are determined in that the abutting edge has a radius of at least 5 mm and at most 10 mm, preferably 7 mm.
  • a radius on the edge is necessary for manufacturing reasons.
  • the edge must not be too sharp, as it would otherwise be too sensitive if the ice lump hit it.
  • the larger the radius of the edge the more force the ice lump hitting the edge can transfer to the balise housing in a horizontal direction. This leads to that with larger radii, an increasingly larger part of the projection of the side surface extends perpendicularly or at least almost perpendicularly to the direction of movement of the ice lump, which is why the horizontal component of a surface load acting on the side surface through the ice lump is increased.
  • this horizontal normal force component must be absorbed by the fastening of the balise housing to the rail sleeper and is therefore limited.
  • the range specified for the radius makes it possible to find a compromise that takes the above-mentioned restrictions into account, depending on the application (for example the speed range for crossing trains) and the material used for the balise housing (usually plastic).
  • the balise housing has a width of at least 40 cm in the crossing direction.
  • Common sleeper widths are 25-30 cm. By choosing a width of at least 40 cm for the balise housing, it is therefore advantageous to ensure that an overhang is guaranteed due to the T-shaped cross-section of the balise housing attached to the rail sleeper.
  • the balise housing is composed of an upper part and a lower part, both of which form a housing space as a receiving structure, whereby the upper part and the lower part are firmly connected to one another at the edge of the housing space.
  • the housing space is available to accommodate the electronic components that ensure the function of the balise ensure.
  • the division of the housing is necessary so that these components can be mounted in the cavity.
  • the upper part and the lower part are firmly connected to one another. This edge of the cavity is created by the fact that the balise housing is essentially flat and thus the edge of the cavity is close to the side surfaces of the balise housing, but is not formed by the side surfaces, but by these opposite inner surfaces in the housing.
  • a fixed connection in the sense of the invention is a connection that can mechanically transfer forces acting on one component (both tensile forces and compressive forces) to the other component (one and the other component are provided by the upper part and the lower part respectively). This can be achieved by various mechanical connections between the components.
  • a positive connection can be created, for example, by providing locking lugs in one component and corresponding receptacles for the locking lugs in the other component.
  • a force connection is achieved when a screw connection is provided, whereby a receiving hole for the screw can be provided in one component and a threaded hole in the other component.
  • the use of self-tapping screws is also conceivable.
  • a material connection can be achieved, for example, by gluing or welding the two components.
  • the housing is subjected to bending in the crossing direction, it is possible that the wall structures above the cavity absorb compressive forces, for example, and absorb tensile forces below the cavity (for example in the case mentioned above that ice particles accumulating under the overhang create a exert upward pressure on the balise housing). Since most materials have a higher stiffness for absorbing tensile and compressive forces than for absorbing bending moments, the solid connection between the upper and lower parts of the housing contributes to stabilization.
  • the aspects of the invention explained above are determined in that the upper part has first fastening holes and the lower part has second fastening holes aligned with the first fastening holes, wherein the lower part has first support surfaces surrounding the second fastening holes for support in the planned installation position and the upper part has second support surfaces which are supported on the lower part.
  • first fastening holes are aligned with the corresponding second fastening holes, pairs of fastening holes are created.
  • the upper part and the lower part can be fastened to the rail sleeper with one screw per pair of fastening holes. Suitable screws are preferably used here.
  • the upper part and the lower part are fixed in place by the interaction of the individual support surfaces.
  • the first support surfaces rest on the planned installation position, i.e. on the top side of the relevant rail sleeper.
  • the second support surfaces are supported in the lower part in an area of the lower part that is preferably formed by third support surfaces. This also holds the upper part on the lower part or at least stabilizes it additionally.
  • balise housing can be mounted securely on the rail sleeper, particularly with screws.
  • the holding force of the screws is transferred to the balise housing via the support surfaces, so that even in the event of short-term loads such as impact a lump of ice, the balise housing can advantageously resist destruction, since the occurring load peaks on the side of the attachment of the balise housing are distributed over the support surfaces.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the first fastening holes in the upper part are located in recesses respectively accommodated in the upper side of the housing.
  • the recesses in the housing wall forming the top of the housing form a pot-like structure, with the bottom structure of the pot-like structure forming the support surface.
  • the first fastening hole is provided in this bottom structure, so that a screw head of a fastening screw, for example, engages the bottom of the pot-shaped recess formed by the top structure.
  • a fastening screw can therefore be made relatively short, as its head can be lowered into the recess in relation to the top of the housing. Shorter screws can advantageously better withstand a load that occurs, for example, when a lump of ice hits the surface.
  • a force introduction in a vertical direction that loads the screw shaft with shear and bending stresses leads to less stress on the screw, particularly with regard to the applied bending moment due to the lower lever of the shorter screw shaft.
  • the housing is made of plastic.
  • the choice of plastic as the material for the balise housing has the advantage that the electronic components of the balise, which are installed in the balise housing and are intended to send and receive radio signals, are comparatively little influenced by the material of the housing.
  • the aspects of the invention explained above are determined by the fact that the width of the balise housing is 10-30 cm larger than the width of the top of the rail sleeper.
  • a balise housing is shown. This has an upper part OT and a lower part UT, which together enclose a housing space GR.
  • the housing space GR houses components that are responsible for the function of the balise BL.
  • the balise housing is fixed using screws, whereby the screws engage in the material of the balise housing on the outer edge of the housing space GR.
  • the upper part OT of the balise housing forms the surface in which a recess VT is housed.
  • a first fastening hole L1 is housed, which is aligned with a second fastening hole L2, which is provided in the lower part UT.
  • a screw can be inserted as a fastening device BM in order to fix the balise housing on a rail sleeper SW (compare Figure 4 ).
  • the screw causes the beacon housing to rest on the surface of the rail sleeper SW with a first support surface A1.
  • the lower part UT forms a third support surface A3 on which a second support surface A2 of the upper part OT can rest, with all support surfaces being pressed together by the fastening means BM.
  • the side surfaces of the balise housing are formed by an upper impact surface OP and a lower impact surface UP, which are arranged at an angle to a horizontal plane and converge in an abutment edge STK. This creates a stable side surface that adjoins the outer edges of a cover surface DF and can also withstand the impact of a lump of ice EK (compare figure four).
  • the external design of the balise housing can be seen from the three-dimensional representation. It can be seen that two recesses VT are provided in the surface so that the balise housing can be attached to the rail sleeper SW with two fastening screws. It can also be seen that the dimensions of the balise housing are defined by a length 1, a width b and a height h. The width b extends from one butt edge STK to the opposite butt edge STK and is measured in the crossing direction R. It can also be seen that the left butt edge STK shown in the figure is exactly in the middle of the side surface. In other words, the butt edge STK divides the side surface into a projection surface PF, which is also in Figure 2 shown, into an upper projection surface OPF and a lower projection surface UPF, each of which has the same surface area.
  • FIG 3 An alternative design for the balise housing is shown. Compared to Figure 2 alternative designs for the upper impact surface OP and the lower impact surface UP as well as the impact edges STK.
  • the Figure 3 The STK edge shown on the right is similar to the STK edge shown in Figure 2 of wedge-shaped converging impact surfaces, but the impact edge STK is swept. This means that the angles to the left-hand side are in The angle of the side surfaces of the balise housing extending in the direction of crossing R is > 90°, so that an angle is also created in the middle of the butt edge STK.
  • a butt edge STK with such an orientation forms an indicated tip that can penetrate a lump of ice EK better and supports the shattering of the same.
  • the in Figure 3 The STK impact edge shown on the left is not formed within a horizontal plane, but is formed in a wave-like manner with different heights offset from such a plane. This increases the stability of the impact surfaces, which develop greater inherent stability due to their undulations. Nevertheless, it is possible to arrange the wavy STK impact edge in such a way that the upper impact surface OP and the lower impact surface UP in a projection of the side surface, as in Figure 2 As shown, an upper projection surface OPF and a lower projection surface UPF are formed, which have the same surface area (if the height offsets h balance out in total).
  • FIG 4 the track system according to the invention is shown, which has a track GL, which consists of rails SN fastened to rail sleepers SW.
  • a balise BL is mounted on the rail sleeper SW shown with a fastening means BM in the form of a screw and forms thus forms a T-shaped structure which forms cavities HR beneath an overhang of the balise housing to accommodate ice particles EP.
  • the cavities HR are delimited by the underside of the balise housing, the side surfaces of the rail sleeper SW and a fill ST of the track bed, whereby it is indicated how the ice particles EP move from the lower impact surface UP into the cavity HR.
  • the ice lump EK is shown in various stages. Once in a stage in which it is flying towards the balise housing. It is clear that this has a horizontal velocity component Vh which is significantly greater than the negligible vertical velocity component Vr. The vertical velocity component Vr comes about when the ice lump EK falls from a train traveling in the crossing direction R and therefore corresponds to its speed
  • the process of impact and destruction of the ice lump EK is shown. It is shown how the impact edge STK penetrates the ice lump EK and transforms it into ice particles EP. These ice particles EP are deflected by the upper impact surface OP and the lower impact surface UP during further flight.
  • the change in momentum causes a surface load on the upper impact surface OP and the lower impact surface UP, whereby a resulting force exerted by the ice particles EP is the resulting normal force Ne per impact surface in Figure 4
  • a resulting force Fr therefore acts essentially horizontally, which is made clear by the indicated force parallelogram in which the resulting normal forces Ne are involved. Furthermore, a force is created at the impact edge STK, which is due to the fact that the impact edge STK with its radius r has horizontal surface components that are in the opposite direction to the direction of flight of the ice chunk EK.
  • the balise housing is essentially not bent in the vertical direction by the impacting ice lump EK. In other words, a moment Mr resulting from the impact of the ice lump EK is approximately zero. Figuratively speaking, the balise housing penetrates the ice lump EK like a knife edge.
  • the force of the ice lump EK and the resulting force Fr add up to a total force Fg, which tends to move the balise housing in a horizontal direction.
  • the fastening element BM which is designed as a screw.
  • the fastening element BM is in Figure 4 indicated, whereby it is clear that the screw is screwed into the rail sleeper SW. This can be understood mechanically as a model for clamping a bending beam. Because the total force Fg acts on the screw, a total moment Mg is created, which puts the screw under bending stress. However, because the screw is housed in the pot-shaped recess VT, the screw shaft is shortened and the bending moment is reduced due to the effective leverage.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Ein Balisengehäuse mit einer Aufnahmestruktur für elektronische Funktionskomponenten einer Balise (BL) mit einer Deckfläche (DF), die in einer geplanten Einbauposition des Balisengehäuses die Oberseite desselben bildet, und mit sich an die Deckflächen (DF) anschließenden Seitenflächen, die in einer geplanten Einbauposition des Balisengehäuses quer zu einer Überquerungsrichtung liegen. Von den Seitenflächen ist zumindest eine aus einer oberen Prallfläche (OP) und einer unteren Prallfläche (UP) zusammengesetzt, wobei in der geplanten Einbauposition des Balisengehäuses jeweils bezogen auf eine horizontale Ebene die obere Prallfläche (OP) schräg nach oben geneigt ist und die untere Prallfläche (UP) schräg nach unten geneigt ist, und wobei zwischen der oberen Prallfläche (OP) und der unteren Prallfläche (UP) eine Stoßkante (STK) ausgebildet ist. Ferner umfasst die Erfindung eine Gleisanlage mit einem Gleis (GL). Die Balise ist dadurch vorteilhaft sehr stabil ausgeführt und kann insbesondere Eisklumpen widerstehen, die auf die Stoßkante aufschlagen.

Description

    Technisches Gebiet
  • Folgender Gegenstand ist von der Erfindung umfasst: ein Balisengehäuse mit einer Aufnahmestruktur. Ferner ist folgender Gegenstand von der Erfindung umfasst: eine Gleisanlage mit einem Gleis.
    • Technischer Hintergrund
  • Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, Balisengehäuse mit Gehäuseabdeckungen zu schützen. Diese Gehäuseabdeckungen bestehen beispielsweise aus Metall oder Kunststoff oder aus beiden Materialien und stellen ein zusätzliches Bauteil dar, welches bei Bedarf zum Schutz der Balise im Gleisbett verbaut werden kann.
  • In dem Dokument EP 3437954 A1 ist beispielsweise beschrieben, dass ein Balisengehäuse mit einer Schutzabdeckung geschützt werden kann, die aus vier Teilen besteht. Das Balisengehäuse ist dabei auf zwei stählernen Verbindungselementen befestigt, wobei die Verbindungselemente sich auf einer Schienenschwelle und in dem sich an die Schienenschwelle anschließenden Gleisbett abstützen. Auf den Verbindungselementen wird eine dreiteilige Kunststoffstruktur befestigt, die aus zwei rampenartigen Bauteilen am Rande der Verbindungselemente und einem Deckelbauteil besteht und einen geschützten Raum für das Balisengehäuse schaffen. Die Komponenten der Balise sind in dem Balisengehäuse untergebracht. Die Schutzfunktion für die Balise wird durch den rampenartigen Aufbau sowie der Abstützung am Gleisbett unterstützt, da Fremdkörper, die die Balise gefährden könnten, von den so gebildeten schrägen Flächen abprallen. Die dabei auftretenden Kräfte werden durch die Schutzabdeckung aufgenommen und übertragen sich daher nicht auf das Balisengehäuse.
  • Aus dem erläuterten Stand der Technik ergibt sich das Problem, dass zum Schutz der Balise ein hoher Aufwand an Komponenten erforderlich ist. Diese Komponenten verteuern den Einsatz von Balisen (Aufwand an Komponenten, erhöhter Montageaufwand), weswegen sich der Betreiber der Balisen unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte die Frage stellen muss, ob ein Schutz der Balise im Einzelfall erforderlich ist.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die beschriebenen Probleme im Stand der Technik zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe, dass ein Balisengehäuse ohne die Zuhilfenahme zusätzlicher Komponenten und ohne zusätzlichen Montageaufwand eingesetzt werden kann und trotzdem gut vor Beschädigungen geschützt ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine Gleisanlage anzugeben, in der eine Balise mit einem Balisengehäuse verbaut ist, welches die vorstehend beschriebenen Eigenschaften aufweist.
  • Beschrieben wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Balisengehäuse mit einer Aufnahmestruktur für elektronische Funktionskomponenten einer Balise,
    1. a) mit einer Deckfläche, die in einer geplanten Einbauposition des Balisengehäuses die Oberseite desselben bildet,
    2. b) und mit sich an die Deckflächen anschließenden Seitenflächen, die in einer geplanten Einbauposition des Balisengehäuses quer zu einer Überquerungsrichtung liegen.
  • Unter den elektronischen Funktionskomponenten der Balise werden diejenigen Funktionskomponenten verstanden, welche für die Funktion der Balise verantwortlich sind. Bei der Balise handelt es sich um ein Streckenelement, welches vorzugsweise in Bahnstrecken, aber auch beispielsweise in Fahrbahnen für Kraftfahrzeuge eingebaut werden kann. Die Balise besitzt eine Antenne, mit der diese vorzugsweise aktiviert werden kann und welche zur Aussendung einer Information, dem sogenannten Balisentelegramm, eingerichtet ist. Hierfür gibt es einen Mikrorechner, welcher in einer Speichereinheit das Balisentelegramm speichert und bei Aktivierung über die Balisenantenne aussendet (sogenannte Festdatenbalise). Eine andere Möglichkeit liegt darin, dass die Balise eine Schnittstelle aufweist, über die ein Balisentelegramm an die Balise übertragen werden kann. Alle diese Funktionskomponenten werden durch das Balisengehäuse aufgenommen, wodurch eine leicht zu verbauende Funktionseinheit entsteht, die durch das Balisengehäuse geschützt wird. Auf Bahnstrecken werden die Balisen vorzugsweise auf Schienenschwellen montiert, wofür vorzugsweise mehrere Durchgänge im Balisengehäuse vorgesehen sind die zur Aufnahme von Befestigungsschrauben dienen. Die Befestigungsschrauben können in die Schienenschwelle eingeschraubt werden (hierzu im Folgenden noch mehr).
  • Mit der Überquerungsrichtung ist die Richtung gemeint, in der das Fahrzeug, an das und/oder von dem eine Übertragung erfolgen soll, die Balise überquert. Die Seitenflächen liegen quer zu dieser Richtung, d. h., dass sie dem sich nähernden Fahrzeug zugewandt oder dem sich entfernenden Fahrzeug abgewandt sind. Die Deckfläche bildet den oberen Abschluss und ist somit während der Überquerung dem Fahrzeug zugewandt. Alle diese Angaben gelten in Einbaulage der Balise, die zum Beispiel auf einer Schienenschwelle befestigt ist, die damit den Untergrund bildet. Damit ist die Einbaulage des Balisengehäuses definiert und es können geometrische Angaben insbesondere auch bezogen auf horizontale Ebenen gemacht werden (siehe unten).
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass von den Seitenflächen zumindest eine aus einer oberen Prallfläche und einer unteren Prallfläche zusammengesetzt ist,
    • c) wobei in der geplanten Einbauposition des Balisengehäuses jeweils bezogen auf eine horizontale Ebene die obere Prallfläche schräg nach oben geneigt ist und die untere Prallfläche schräg nach unten geneigt ist,
    • d) und wobei zwischen der oberen Prallfläche und der unteren Prallfläche eine Stoßkante ausgebildet ist.
  • Das Design der Seitenflächen mit einer oberen Prallfläche und einer unteren Prallfläche, die zusammen eine Stoßkante ausbilden, berücksichtigt Erkenntnisse, die bei der Analyse von Schadensfällen bei Balisengehäusen gewonnen wurden. Eine der stärksten bekannten Beanspruchungen des Balisengehäuses entsteht, wenn sich bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt von fahrenden Zügen Eisklumpen lösen und auf das Balisengehäuse prallen. Dabei ist die Geschwindigkeitskomponente in Richtung Boden aufgrund der geringen Fallhöhe zu vernachlässigen. Die sich lösenden Eisklumpen haben jedoch eine horizontale Geschwindigkeitskomponente, die sich aus der Geschwindigkeit des fahrenden Zuges ergibt und dazu führt, dass der Eisklumpen im ungünstigen Falle mit dieser Geschwindigkeit gegen die Seitenflächen des Balisengehäuses prallt.
  • Hier setzt die Erfindung an, in dem die Seitenflächen der Balise mit einer oberen Prallfläche und einer unteren Prallfläche versehen werden, zwischen den lediglich eine vergleichsweise schmale Prallkante ausgebildet ist. Mit den Freiflächen kann die Seitenfläche der Balisen Gehäuses in den Eisklumpen eindringen und diesen aufgrund der auftretenden Normalkräfte auf den Freiflächen sprengen. Die Gesamtheit der entstehenden Eispartikel belasten dabei das Balisengehäuse weniger, sodass dieses vorteilhaft den Aufprall unbeschadet überstehen kann.
  • Beschrieben wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Gleisanlage mit einem Gleis, bei dem Schienen auf Schienenschwellen verlegt sind und bei dem auf mindestens einer Schwelle eine Balise befestigt ist.
  • Hierbei handelt es sich um den Anwendungsfall, dass Balisen in Gleisen verlegt werden. Bevorzugt werden diese auf den Schienenschwellen befestigt. Die Befestigung erfolgt bevorzugt über Schraubverbindungen, wobei das Balisengehäuse Durchgangslöcher aufweist, durch die die Schrauben gesteckt werden, um diese mit der Schienenschwelle zu verschrauben.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
    die Balise ein Balisengehäuse in der oben beschriebenen Bauform aufweist und das Balisengehäuse in Überquerungsrichtung eine Breite aufweist, die größer ist, als die Breite einer Oberseite der Schienenschwelle, auf der die Balise befestigt ist.
  • Schienenschwellen haben üblicherweise ein rechteckiges oder trapezförmiges Profil, wobei das trapezförmige Profil nach oben hin zusammenläuft. Hierdurch ist die Oberseite der Schienenschwelle definiert, wobei diese von Außenkante zu Außenkante verläuft. Die Breite der Oberseite wird im Rahmen dieser Erfindung in Überquerungsrichtung gemessen. Damit ergibt sich im Querschnitt der Schienenschwelle und des auf dieser montierten Balisengehäuses eine Art T-förmiges Profil, wobei der obere Balken des T durch das Balisengehäuse gebildet wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, entsteht durch die größere Breite des Balisengehäuse es ein Überhang, wobei unter dem Überhang ein Hohlraum vorhanden ist, der sich bis zur Schienenschwelle erstreckt.
  • Dieser Hohlraum steht vorteilhaft zur Aufnahme von Eispartikeln zur Verfügung, wenn diese durch die Stoßkante und anschließende Umleitung entlang der unteren Prallfläche nach unten abgelenkt werden. Der Hohlraum kann also als eine Art Reservoir für einen zerstörten Eisklumpen angesehen werden, in dem sich die Eispartikel des zerstörten Eisklumpens sammeln können, ohne das Balisengehäuse einer starken mechanischen Beanspruchung auszusetzen. Dies führt vorteilhaft dazu, dass die an das Balisengehäuse angreifenden Kräfte während der Zerstörung des Eisklumpens ausgeglichen sind und somit eine globale plastische Verformung des Balisengehäuses vermieden werden kann. Andernfalls könnten Eispartikel, die sich unterhalb des Balisengehäuses sammeln, von unten eine Druckkraft entwickeln, die auch zu einer Verbiegung des Balisengehäuses nach oben führen könnten.
    • Allgemeine Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • Weiterbildungen der Erfindung beschreibende Varianten werden nachfolgend ohne Beschränkung des grundlegenden Gedankens der Erfindung erläutert.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass
    die obere Parallelfläche und die untere Prallfläche gleich schräg ausgerichtet sind.
  • Anders ausgedrückt kann man entlang der Überquerungsrichtung einen Schnitt durch das Balisengehäuse legen und würde dann erkennen, dass die jeweilige Steigung der Prallflächen (positiv nach oben bei der oberen Prallfläche und negativ nach unten bei der unteren Prallfläche) an bezüglich einer horizontalen Ebene gegenüberliegenden Punkten auf dem Profil der Prallfläche betragsmäßig gleich groß ist.
  • Diese Anordnung der Prallflächen hat den Vorteil, dass eine Verteilung der durch die Eispartikel auf die Prallfläche einwirkenden Kräfte ungefähr ausgeglichen sind. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Eispartikel, die durch Eindringen der Stoßkante in den Eisklumpen ausgebildet werden, im Bereich der Prallflächen umgelenkt werden und hierbei eine Flächenlast auf die Freiflächen ausüben. Bei einer gleich schrägen Ausrichtung der Prallflächen heben sich die vertikalen Kraftkomponenten einer aus der Flächenlast resultierenden Normalkraft gerade auf, weswegen kein Biegemoment auf das Gehäuse als Ganzes ausgeübt wird. Auch dies leistet einen Beitrag dazu, dass sich das Gehäuse als Ganzes bei Aufprallen des Eisklumpens nicht verbiegt.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass
    die obere Prallfläche und die untere Prallfläche einen Keil bilden.
  • Ein Keil entsteht bei einer ebenen Ausrichtung der Prallflächen. Mit anderen Worten erstreckt sich die obere Prallfläche von der Stoßkante hin zur Außenkante der Oberseite und die untere Prallfläche von der Stoßkante hin zur Außenkante einer Unterseite des Balisengehäuses.
  • Die keilförmige Ausbildung der Prallflächen hat den Vorteil, dass eine leicht herzustellende und im Falle beispielsweise einer urformenden Herstellungsmethode (wie Spritzgießen) des Balisengehäuses eine leicht zu entformende Bauform des Balisengehäuses sichergestellt ist. Außerdem lässt sich das mechanische Verhalten der Prallflächen vorteilhaft einfach vorhersagen, wenn diese eine einfache, also ebene Geometrie aufweisen.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass
    die Stoßkante bezüglich der Höhe des Balisengehäuses in der Mitte der mindestens einen Seitenfläche liegt.
  • Die Mitte im Sinne der Erfindung ist dadurch definiert, dass die Seitenfläche oberhalb und unterhalb der Mitte zwei im wesentlichen gleich große Teilflächen bildet. Diese gleich großen Teilflächen bilden die obere Prallfläche und die untere Prallfläche. Bei einer keilförmige Ausbildung der Freiflächen erstrecken sich somit oberhalb und unterhalb der Mitte gleiche Prallflächen, sodass der Querschnitt des Balisengehäuses im Bereich der Seitenflächen durch ein gleichschenkeliges Dreieck beschrieben wird.
  • Die Anordnung der Stoßkante in der Mitte hat den Vorteil, dass die Stoßkante die Eispartikel, die bei der Zerstörung des Eisklumpens entstehen, im Wesentlichen zu gleichen Teilen auf die obere Prallfläche und die untere Prallfläche verteilt werden. Hierbei geht es um die diejenigen Eispartikel, deren Bewegungsrichtung durch die Prallflächen abgelenkt wird. Bei einem großen Eisklumpen können auch Eispartikel entstehen, welche aufgrund einer größeren Flughöhe über das Balisengehäuse hinweg fliegen, ohne umgelenkt zu werden. Diese beanspruchen jedoch auch nicht das Balisengehäuse und bleiben bei dieser näherungsweisen modellhaften Betrachtung daher außer Betracht.
  • Eine ausgewogene Aufteilung der um gelenkten Eispartikel auf die obere Prallfläche und die untere Prallfläche führt vorteilhaft dazu, dass die durch die Umlenkung eingeprägten, eine Normalkraft auslösenden Flächenlasten im wesentlichen ausgeglichen sind. Es wurde schon beschrieben, dass sich dies vorteilhaft auf eine Verformung des Gehäuses auswirkt, dahingehend, dass sich die Horizontalkomponenten der Normalkraft gerade aufheben und dadurch kein Biegemoment auf das Gehäuse ausgeübt wird. Dies verringert die auftretenden mechanischen Belastungen und insbesondere, dass das Balisengehäuse von der Schienenschwelle abgeheilt wird.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass die Stoßkante derart verläuft, dass diese eine Projektionsfläche der Seitenfläche in eine obere Projektionsteilfläche und eine untere Projektionsteilfläche teilt, deren Flächenverhältnis in einem Bereich von 30 % zu 70 % bis 70 % zu 30 % liegt, vorzugsweise bei 50 % zu 50 % liegt.
  • Bei einem Flächenverhältnis von 50 % zu 50 % ergibt sich auch bei einem nicht keilförmigen Aufbau der Seitenfläche eine Kräfteverteilung, wie diese vorstehend bereits beschrieben wurde (vergleiche Anordnung der Stoßkante in der Mitte der Seitenfläche).
  • Abhängig von der an der Schienenschwelle vorliegenden Geometrie kann ein Abweichen von dem Flächenverhältnis von 50 % zu 50 % allerdings andere Effekte ausgleichen, die zu einer ungleichmäßigen Kraftverteilung der oben erwähnten resultierenden Normalkräfte führen. Ist der Überhang des Balisengehäuses von der Kante der Schienenschwelle beispielsweise nicht groß genug, um die nach unten abgelenkten Eispartikel vollständig aufzunehmen, so entsteht eine zusätzliche Druckkraft von unten nach oben, die durch die im Hohlraum angesammelten Eispartikel ausgeübt wird. In einem solchen Fall kann die Stoßkante beispielsweise im Vergleich zur Mitte nach unten verlegt werden, um diese zusätzlich auftretende Kraft auszugleichen. Denn dadurch wird die obere Prallfläche größer als die untere Prallfläche und auch die Neigung beider Freiflächen verändert sich. Im Ergebnis wird dadurch auf die obere Prallfläche eine größere Horizontalkomponente der resultierenden Normalkraft ausgeübt als auf die untere Prallfläche, wobei im Idealfall die Summe der zusätzlichen Druckkraft und der Vertikalkomponente der unteren resultierenden Normalkraft gerade gleich der oberen Vertikalkomponente der oberen resultierenden Normalkraft ist.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass die schräge Neigung der oberen Prallfläche nach oben und der unteren Prallfläche nach unten in der geplanten Einbaulage des Balisen Gehäuses jeweils bezüglich einer horizontalen Ebene um einen Neigungswinkel α von mindestens 30° und höchstens 60°, bevorzugt mindestens 40° und höchstens 50° beträgt.
  • Der Neigungswinkel bestimmt darüber, welchen Flächeninhalt die obere Prallfläche und die untere Prallfläche haben. Je kleiner der Neigungswinkel ist, desto größer ist der Flächeninhalt. Je kleiner der Neigungswinkel ist, desto schwieriger ist es jedoch auch, die Prallfläche auf der Außenseite des Balisengehäuses unterzubringen. Aufgrund des benötigten Einbauraumes kann die Prallfläche nicht beliebig weit zur Mitte des Balisengehäuses verlängert werden. Daher würde eine längere Prallfläche zu einer größeren Breite des Balisengehäuses und damit auch zu einem größeren Überhang führen. Dies würde unter anderem zu einem höheren Materialverbrauch bezüglich des für das Balisengehäuse verwendeten Materials führen. Gleichzeitig läuft der durch die Prallflächen gebildete Keil dadurch immer spitzer zu, was dessen mechanische Stabilität verringert.
  • Die für den Neigungswinkel angegebenen Bereiche ermöglichen es vorteilhaft, abhängig vom Einsatzfall (zum Beispiel der vorliegenden Schwellenbreite) und vom eingesetzten Material für das Balisengehäuse (üblicherweise Kunststoff) einen Kompromiss aufzufinden, der die oben genannten Restriktionen berücksichtigt.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass die Stoßkante einen Radius von mindestens 5 mm und höchstens 10 mm, bevorzugt 7 mm aufweist.
  • Ein Radius an der Stoßkante ist schon aus Gründen der Fertigung erforderlich. Außerdem darf die Kante nicht zu scharf ausgeprägt sein, da diese bei einem Anstoßen des Eisklumpens sonst zu empfindlich wäre. Auf der anderen Seite kann der auf die Stoßkante auftreffende Eisklumpen umso mehr Kraft in horizontaler Richtung auf das Balisengehäuse übertragen, je größer der Radius der Stoßkante ist. Dies führt nämlich dazu, dass sich bei größeren Radien auch ein immer größerer Teil der Projektion der Seitenfläche senkrecht oder zumindest fast senkrecht zur Bewegungsrichtung des Eisklumpens erstreckt, weswegen die Horizontalkomponente einer durch den Eisklumpen auf die Seitenfläche wirkende Flächenlast vergrößert wird. Diese horizontale Normalkraftkomponente muss jedoch durch die Befestigung des Balisengehäuses auf der Schienenschwelle aufgefangen werden und ist daher begrenzt.
  • Der für den Radius angegebene Bereich ermöglicht es vorteilhaft, abhängig vom Einsatzfall (zum Beispiel dem Geschwindigkeitsbereich für überquerende Züge) und vom eingesetzten Material für das Balisengehäuse (üblicherweise Kunststoff) ein Kompromiss aufzufinden der die oben genannten Restriktionen berücksichtigt.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass
    das Balisengehäuse in Überquerungsrichtung eine Breite von mindestens 40 cm aufweist.
  • Gebräuchliche Schwellenbreiten liegen bei 25-30 cm. Durch die Wahl der Breite des Balisengehäuse von mindestens 40 cm ist daher vorteilhaft gewährleistet, dass ein Überhang aufgrund des T-förmigen Querschnitts des auf der Schienenschwelle befestigten Balisengehäuses gewährleistet ist.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass
    das Balisengehäuse aus einem Oberteil und einem Unterteil zusammengesetzt ist, die beide als Aufnahmestruktur einen Gehäuseraum ausbilden, wobei das Oberteil und das Unterteil am Rande des Gehäuseraums fest miteinander verbunden sind.
  • Der Gehäuseraum steht zur Aufnahme der elektronischen Komponenten zur Verfügung, die die Funktion der Balise gewährleisten. Die Teilung des Gehäuses es erforderlich, damit diese Komponenten in dem Hohlraum montiert werden können. Am Rande des Hohlraums sind das Oberteil und das Unterteil fest miteinander verbunden. Dieser Rand des Hohlraums entsteht dadurch, dass das Balisengehäuse im wesentlichen flach ausgeführt ist und somit der Rand des Hohlraums in der Nähe der Seitenflächen des Balisengehäuses liegt, jedoch nicht von den Seitenflächen, sondern von diesen gegenüberliegenden Innenflächen im Gehäuse gebildet wird.
  • Unter einer festen Verbindung im Sinne der Erfindung ist eine Verbindung zu verstehen, die auf das eine Bauteil wirkende Kräfte (sowohl Zugkräfte als auch Druckkräfte) mechanisch auf das andere Bauteil übertragen kann (das eine und das andere Bauteil werden jeweils durch das Oberteil und das Unterteil zur Verfügung gestellt). Dies kann durch verschiedene mechanische Schlüsse zwischen den Bauteilen erreicht werden. Ein Formschluss kann beispielsweise durch das Vorsehen von Rastnasen in dem einen Bauteil und entsprechenden Aufnahmen für die Rastnasen in dem anderen Bauteil erzeugt werden. Ein Kraftschluss wird erreicht, wenn eine Schraubverbindung vorgesehen wird, wobei in einem Bauteil ein Aufnahmeloch für die Schraube vorgesehen werden kann und in dem anderen Bauteil ein Gewindeloch. Auch ist der Einsatz selbstschneidenden Schrauben denkbar. Ein Stoffschluss kann beispielsweise durch Verkleben oder Verschweißen der beiden Bauteile erreicht werden.
  • Dadurch, dass das Oberteil und das Unterteil fest miteinander verbunden sind, können zwischen diesen beiden Bauteilen Kräfte übertragen werden. Dies stabilisiert vorteilhaft das Gehäuse zusätzlich. Insbesondere, wenn das Gehäuse in Überquerungsrichtung auf Biegung beansprucht wird, ist es möglich, dass die Wandstrukturen oberhalb des Hohlraums beispielsweise Druckkräfte aufnehmen und unterhalb des Hohlraums Zugkräfte aufnehmen (zum Beispiel für den oben bereits erwähnten Fall, dass sich unter dem Überhang ansammelnde Eispartikel eine Druckkraft nach oben auf das Balisengehäuse ausüben). Da für die Aufnahme von Zugkräften und Druckkräften bei den meisten Materialien eine höhere Steifigkeit besteht als zur Aufnahme von Biegemomenten, trägt die feste Verbindung zwischen Oberteil und Unterteil des Gehäuses zur Stabilisierung bei.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass das Oberteil erste Befestigungslöcher aufweist und das Unterteil mit den ersten Befestigungslöchern fluchtende zweite Befestigungslöcher aufweist, wobei das Unterteil die zweiten Befestigungslöcher umgebende erste Auflageflächen für eine Auflage in der geplanten Einbauposition aufweist und das Oberteil zweite Auflageflächen aufweist, die sich auf dem Unterteil abstützen.
  • Dadurch, dass die ersten Befestigungslöcher jeweils mit den zugehörigen zweiten Befestigungslöchern fluchten, ergeben sich Paarungen von Befestigungslöchern. Somit können das Oberteil und das Unterteil mit je einer Schraube pro Paarung von Befestigungslöchern auf der Schienenschwelle befestigt werden. Hierbei kommen vorzugsweise passende Schrauben zum Einsatz. Die Fixierung des Oberteils und des Unterteils gelingt durch das Zusammenwirken der einzelnen Auflageflächen. Die ersten Auflageflächen liegen auf der geplanten Einbauposition, also auf der Oberseite der betreffenden Schienenschwelle auf. Die zweiten Auflageflächen stützen sich im Unterteil in einem vorzugsweise durch dritte Auflageflächen gebildeten Areal des Unterteils ab. Hierdurch wird auch das Oberteil auf dem Unterteil gehalten oder zumindest zusätzlich stabilisiert.
  • Vorteilhaft ist mit fluchtenden Aufnahmelöchern und den zugehörigen Auflageflächen somit eine stabile Montage des Balisengehäuses auf der Schienenschwelle, insbesondere mit Schrauben möglich. Die Haltekraft der Schrauben wird über die Auflageflächen in das Balisengehäuse eingeleitet, sodass auch bei auftretenden kurzfristigen Belastungen wie einem Aufschlagen eines Eisklumpens das Balisengehäuse vorteilhaft einer Zerstörung widerstehen kann, da die auftretenden Belastungsspitzen auf Seite der Befestigung des Balisengehäuses auf die Auflageflächen verteilt werden.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, das die ersten Befestigungslöcher im Oberteil in jeweils in der Oberseite des Gehäuses untergebrachten Vertiefungen liegen.
  • Vorzugsweise bilden die Vertiefungen in der die Oberseite des Gehäuses bildenden Gehäusewand eine topfartige Struktur aus, wobei die Bodenstruktur der topfartigen Struktur die Auflagefläche ausbildet. Gleichzeitig ist in dieser Bodenstruktur das erste Befestigungsloch vorgesehen, sodass ein Schraubenkopf einer Befestigungsschraube beispielsweise auf dem Boden der durch die Topstruktur ausgebildeten topfförmigen Vertiefung angreift.
  • Bezogen auf die Höhe der Gehäusestruktur kann somit eine Befestigungsschraube vergleichsweise kurz ausgebildet sein, da sich diese mit ihrem Kopf bezogen auf die Oberseite des Gehäuses in die Vertiefung absenken lässt. Kürzere Schrauben können vorteilhaft einer beispielsweise durch Aufschlagen eines Eisklumpens auftretenden Belastung besser standhalten. Eine Krafteinleitung in vertikaler Richtung, die den Schraubenschaft auf Scherung und auf Biegung belastet, führt insbesondere hinsichtlich des eingeprägten Biegemoments aufgrund des geringeren Hebels des kürzeren Schraubenschafts es zu einer geringeren Beanspruchung der Schraube.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass
    das Gehäuse aus Kunststoff besteht.
  • Die Wahl von Kunststoff als Material für das Balisengehäuse hat den Vorteil, dass die elektronischen Komponenten der Balise, die im Balisengehäuse verbaut sind und die Funksignale aussenden und empfangen sollen, vergleichsweise wenig durch das Material des Gehäuses beeinflusst werden.
  • Gemäß einer Variante sind die oben erklärten Aspekte der Erfindung dadurch bestimmt, dass die Breite des Balisengehäuses um 10-30 cm größer ist, als die Breite der Oberseite der Schienenschwelle.
  • Die Vorteile, dass eine größere Breite des Balisengehäuses im Vergleich zur Oberseite der Schienenschwelle zu einer Ausbildung eines Überhangs und darunterliegend eines Hohlraumes beiträgt, ist bereits eingegangen worden. Besonders vorteilhaft ist es, die Breite des Balisengehäuses mit der Breite der Schienenschwelle in Bezug zu setzen, da die Größe des Hohlraumes auf diese Weise direkt beeinflusst werden kann.
    • Exemplarische Ausführungsbeispiele der Zeichnung
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.
  • Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Varianten der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Komponenten auch mit den vorstehend beschriebenen Varianten der Erfindung kombinierbar.
    • Figur 1 zeigt einen Schnitt in Überquerungsrichtung R durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Balisengehäuses.
    • Figur 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht auf das Balisengehäuse gemäß Figur 1.
    • Figur 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Balisengehäuses in dreidimensionaler Ansicht.
    • Figur 4 zeigt eine Gleisanlage mit eingebauter Balise BL, die ein Balisengehäuse gemäß Figur 1 aufweist, während ein Eisklumpen EK auf die Stoßkante STK des Balisengehäuses auftrifft.
  • In Figur 1 ist ein Balisengehäuse dargestellt. Dieses weist einen Oberteil OT und ein Unterteil UT auf, welche gemeinsam einen Gehäuseraum GR umschließen. In dem Gehäuseraum GR sind Komponenten untergebracht, die für die Funktion der Balise BL verantwortlich sind. Das Balisengehäuse ist über Schrauben fixiert, wobei die Schrauben am äußeren Rand des Gehäuseraums GR in das Material des Balisengehäuses eingreifen.
  • Das Oberteil OT des Balisengehäuses bildet eine die Fläche, in der eine Vertiefung VT untergebracht ist. Am Boden der Vertiefung VT, die durch eine topfförmige Struktur als Teil des Oberteils OT ausgebildet ist, ist ein erstes Befestigungsloch L1 untergebracht, welches mit einem zweiten Befestigungsloch L2 fluchtet, welches im Unterteil UT vorgesehen ist. Dadurch kann durch die Paarung der beiden Befestigunslöcher eine Schraube als Befestigungsmittel BM gesteckt werden, um das Balisengehäuse auf einer Schienenschwelle SW zu fixieren (vergleiche Figur 4). Die Schraube bewirkt, dass das Balisengehäuse mit einer ersten Auflagefläche A1 auf der Oberfläche der Schienenschwelle SW aufliegt. Außerdem bildet das Unterteil UT eine dritte Auflagefläche A3 aus, auf der sich eine zweite Auflagefläche A2 des Oberteils OT abstützen kann, wobei alle Auflageflächen durch das Befestigungsmittel BM zusammengepresst werden. Hierdurch wird das Balisengehäuse stabilisiert, wobei im Inneren des Gehäuseraums GR durch die topfförmigen Strukturen, die die Vertiefungen VT bilden, säulenartige Verstärkungen ausgebildet sind.
  • Die Seitenflächen des Balisengehäuses werden durch eine obere Prallfläche OP und eine untere Prallfläche UP ausgebildet, welche schräg zu einer horizontalen Ebene angeordnet sind und in einer Stoßkante STK zusammenlaufen. Hierdurch entsteht eine stabile Seitenfläche, die sich jeweils an die Außenkanten einer Deckfläche DF anschließt und auch einem Auftreffen eines Eisklumpens EK widerstehen kann (vergleiche Figur vier).
  • Der Figur 2 kann durch die dreidimensionale Darstellung die äußere Gestaltung des Balisengehäuses entnommen werden. Es ist zu erkennen, dass zwei Vertiefungen VT in der die Fläche vorgesehen sind, sodass das Balisengehäuse mit zwei Befestigungsschrauben auf der Schienenschwelle SW befestigt werden kann. Außerdem ist zu erkennen, dass die Abmessungen des Balisengehäuses durch eine Länge 1, eine Breite b und eine Höhe h definiert sind. Die Breite b erstreckt sich von der einen Stoßkante STK zur gegenüberliegenden Stoßkante STK und wird in Überquerungsrichtung R gemessen. Zu erkennen ist weiterhin, dass die in der Abbildung gezeigte linke Stoßkante STK genau in der Mitte der Seitenfläche liegt. Mit anderen Worten teilt die Stoßkante STK in einer Projektionsfläche PF der Seitenfläche, die ebenfalls in Figur 2 dargestellt ist, in eine obere Projektionsteilfläche OPF und eine untere Projektionsteilfläche UPF, die jeweils den gleichen Flächeninhalt aufweisen.
  • Bei der in der Figur 2 dargestellten rechten Stoßkante STK ist die Stoßkante STK leicht nach unten versetzt (dies ist auch in Figur 1 zu erkennen, wobei der Versatz durch eine strichpunktiert angedeutete Kontur, bei der sich die Stoßkante STK in der Mitte befindet, erkennbar ist). Dadurch ergeben sich für die Neigungswinkel α der oberen Prallfläche OP und der unteren Prallfläche UP unterschiedliche Neigungswinkel α. Die Neigungswinkel α Alpha, die für die vorderen Stoßflächen gelten, sind gleich, jedoch in Figur 2 nicht eingezeichnet. Beide Stoßkanten STK sind mit einem Radius r abgerundet.
  • In Figur 3 ist eine alternative Bauform für das Balisengehäuse dargestellt. Hier ergeben sich im Vergleich zu Figur 2 alternative Gestaltungen für jeweils die obere Prallfläche OP und die untere Prallfläche UP sowie die Stoßkanten STK. Die in Figur 3 rechts dargestellte Stoßkante STK ist ähnlich wie die Stoßkanten STK gemäß Figur 2 von keilförmig zusammenlaufenden Prallflächen ausgebildet, jedoch ist die Stoßkante STK gepfeilt. Damit ist gemeint, dass die Winkel zu den linksseitigen sich in Überquerungsrichtung R erstreckenden Seitenflächen des Balisengehäuses > 90° ist, sodass in der Mitte der Stoßkante STK ebenfalls ein Winkel entsteht. Eine Stoßkante STK mit einer derartigen Ausrichtung bildet eine angedeutete Spitze aus, die besser in einen Eisklumpen EK eindringen kann und das Zertrümmern desselben unterstützt.
  • Die in Figur 3 links dargestellte Stoßkante STK ist nicht innerhalb einer waagerechten Ebene ausgebildet, sondern mit unterschiedlichen Höhen versetzt zu einer solchen Ebene wellenförmig ausgebildet. Hierdurch wird die Stabilität der Prallflächen erhöht, die aufgrund ihrer Welligkeit eine größere Eigenstabilität ausbilden. Dennoch ist es möglich, die wellig ausgebildete Stoßkante STK so anzuordnen, dass die obere Prallfläche OP sowie die untere Prallfläche UP in einer Projektion der Seitenfläche, wie in Figur 2 dargestellt, eine obere Projektionsteilfläche OPF und eine untere Projektionsteilfläche UPF ausbilden, die denselben Flächeninhalt aufweisen (wenn sich die Höhenversätze h in Summe ausgleichen).
  • Die vier Varianten, die für die Stoßkanten STK in Figur 1 bzw. 2 sowie Figur 3 dargestellt sind, können selbstverständlich auch jeweils paarweise an beiden gegenüberliegenden Seitenflächen angeordnet werden, sodass das Balisengehäuse bezüglich der Überquerungsrichtung R symmetrisch ist. Dies ist sogar sinnvoll, denn die Freiflächen sind das Ergebnis einer Optimierung und diese Optimierung gilt selbstverständlich für beide Fahrtrichtungen. Die Ausführungsbeispiele sind lediglich deswegen mit unterschiedlichen Prallflächen UP dargestellt, um anhand der Figuren mehrere Varianten erläutern zu können.
  • In Figur 4 ist die erfindungsgemäße Gleisanlage dargestellt, die ein Gleis GL aufweist, welches aus auf Schienenschwellen SW befestigten Schienen SN besteht. Auf der dargestellten Schienenschwelle SW ist eine Balise BL mit einem Befestigungsmittel BM in Form einer Schraube montiert und bildet somit eine T-förmige Struktur aus, welche unterhalb eines Überhanges des Balisengehäuses Hohlräume HR zur Aufnahme von Eispartikeln EP ausbildet. Die Hohlräume HR werden durch die Unterseite des Balisengehäuses, die Seitenflächen der Schienenschwelle SW sowie einer Schüttung ST des Gleisbettes begrenzt, wobei angedeutet ist, wie sich die Eispartikel EP von der unteren Prallfläche UP ausgehend in den Hohlraum HR bewegen. Der Eisklumpen EK ist in verschiedenen Stadien dargestellt. Einmal in einem Stadium, in dem er sich im Flug auf das Balisengehäuse zu befindet. Es wird deutlich, dass dieser eine horizontale Geschwindigkeitskomponente Vh aufweist, die bedeutend größer ist als die zu vernachlässigende vertikale Geschwindigkeitskomponente Vr. Die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vr kommt durch das Abfallen des Eisklumpen EK von einem in Überquerungsrichtung R fahrenden Zug zustande, und entspricht deswegen dessen Geschwindigkeit.
  • Weiterhin ist der Prozess des Auftreffens und des Zerstörens des Eisklumpens EK dargestellt. Es ist gezeigt, wie die Stoßkante STK in den Eisklumpen EK eindringt und diesen in Eispartikel EP verwandelt. Diese Eispartikel EP werden im weiteren Flug von den oberen Prallfläche OP und der unteren Prallfläche UP abgelenkt. Die Impulsänderung bewirkt eine Flächenlast auf die obere Prallfläche OP und die untere Prallfläche UP, wobei eine resultierende, durch die Eispartikel EP ausgeübte Kraft als resultierende Normalkraft Ne je Prallfläche in Figur 4 dargestellt ist. Diese wirkt jeweils in einer zur Prallfläche senkrechten Richtung, wobei sich die vertikalen Komponenten der an der oberen Prallfläche OP und der unteren Prallfläche UP angreifenden resultierenden Normalkräfte Ne im Wesentlichen aufheben. Eine daraus resultierende Kraft Fr wirkt daher im Wesentlichen horizontal, was durch das angedeutete Kräfteparallelogramm, an dem die resultierenden Normalkräfte Ne beteiligt sind, deutlich wird. Weiterhin entsteht eine Kraft an der Stoßkante STK, die dadurch bedingt ist, dass die Stoßkante STK mit ihrem Radius r horizontale Flächenanteile aufweist, die der Flugrichtung des Eisklumpen EK gerade entgegengerichtet sind.
  • Dadurch, dass sich die vertikalen Komponenten der resultierenden Normalkraft Ne im Wesentlichen aufheben, wird das Balisengehäuse im Wesentlichen nicht durch den auftreffenden Eisklumpen EK in vertikaler Richtung verbogen. Mit anderen Worten ist ein aus dem Auftreffen des Eisklumpen EK resultierendes Moment Mr ungefähr Null. Bildlich gesprochen dringt das Balisengehäuse gleich einer Messerschneide in den Eisklumpen EK ein.
  • Die Kraft des Eisklumpens EK sowie die resultierende Kraft Fr addieren sich zu einer Gesamtkraft Fg, welche das Balisengehäuse in horizontale Richtung versetzen will. Dem wirkt das als Schraube ausgebildete Befestigungsmittel BM entgegen. Das Befestigungsmittel BM ist in Figur 4 angedeutet, wobei deutlich wird, dass die Schraube sich in die Schienenschwelle SW eingeschraubt ist. Dies kann modellhaft mechanisch als Einspannung für einen Biegebalken verstanden werden. Dadurch, dass die Gesamtkraft Fg an der Schraube angreift, entsteht ein Gesamtmoment Mg, welcher die Schraube auf Biegung beansprucht. Dadurch dass die Schraube in der topfartigen Vertiefung VT untergebracht ist, ist der Schraubenschaft jedoch verkürzt und aufgrund der wirkenden Hebelverhältnisse wird das Biegemoment verringert.
    • Bezugszeichenliste
    • R
    Überquerungsrichtung
    BL
    Balise
    EK
    Eisklumpen
    STK
    Stoßkante
    OT
    Oberteil
    UT
    Unterteil
    GR
    Gehäuseraum
    VT
    Vertiefungen
    L1
    erstes Befestigungsloch
    L2
    zweites Befestigungsloch
    BM
    Befestigungsmittel
    SW
    Schienenschwellen
    A1
    erste Auflageflächen
    A3
    dritte Auflagefläche
    A2
    zweite Auflageflächen
    OP
    oberen Prallfläche
    UP
    unteren Prallfläche
    DF
    Deckfläche
    1
    Länge
    b
    Breite
    h
    Höhe
    PF
    Projektionsfläche
    OPF
    obere Projektionsteilfläche
    UPF
    untere Projektionsteilfläche
    α
    Neigung
    r
    Radius
    GL
    Gleis
    SN
    Schienen
    HR
    Hohlraum
    EP
    Eispartikeln
    ST
    Schüttung
    Vh
    horizontale Geschwindigkeitskomponente
    Vr
    vertikale Geschwindigkeitskomponente
    Ne
    resultierende Normalkraft
    Fr
    resultierende Kraft
    Mr
    resultierendes Moment
    Fg
    Gesamtkraft
    Mg
    Gesamtmoment

Claims (14)

  1. Ein Balisengehäuse mit einer Aufnahmestruktur für elektronische Funktionskomponenten einer Balise (BL)
    a) mit einer Deckfläche (DF), die in einer geplanten Einbauposition des Balisengehäuses die Oberseite desselben bildet,
    b) und mit sich an die Deckflächen (DF) anschließenden Seitenflächen, die in einer geplanten Einbauposition des Balisengehäuses quer zu einer Überquerungsrichtung (R) liegen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    von den Seitenflächen zumindest eine aus einer oberen Prallfläche (OP) und einer unteren Prallfläche (UP) zusammengesetzt ist,
    c) wobei in der geplanten Einbauposition des Balisengehäuses jeweils bezogen auf eine horizontale Ebene die obere Prallfläche (OP) schräg nach oben geneigt ist und die untere Prallfläche (UP) schräg nach unten geneigt ist,
    d) und wobei zwischen der oberen Prallfläche (OP) und der unteren Prallfläche (UP) eine Stoßkante (STK) ausgebildet ist.
  2. Ein Balisengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    die obere Parallelfläche und die untere Prallfläche (UP) gleich schräg ausgerichtet sind.
  3. Ein Balisengehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    die obere Prallfläche (OP) und die untere Prallfläche (UP) einen Keil bilden.
  4. Ein Balisengehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stoßkante (STK) bezüglich der Höhe (h) des Balisengehäuses in der Mitte der mindestens einen Seitenfläche liegt.
  5. Ein Balisengehäuse nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stoßkante (STK) derart verläuft, dass diese eine Projektionsfläche (PF) der Seitenfläche in eine obere Projektionsteilfläche (OPF) und eine untere Projektionsteilfläche (UPF) teilt, deren Flächenverhältnis in einem Bereich von 30 % zu 70 % bis 70 % zu 30 % liegt, vorzugsweise bei 50 % zu 50 % liegt.
  6. Ein Balisengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die schräge Neigung (α) der oberen Prallfläche (OP) nach oben und der unteren Prallfläche (UP) nach unten in der geplanten Einbaulage des Balisen (BL) Gehäuses jeweils bezüglich einer horizontalen Ebene mindestens 10° und höchstens 50°, bevorzugt mindestens 25° und höchstens 35° beträgt.
  7. Ein Balisengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stoßkante (STK) einen Radius (r) von mindestens 5 mm und höchstens 10 mm, bevorzugt 7 mm aufweist.
  8. Ein Balisengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Balisengehäuse in Überquerungsrichtung (R) eine Breite (b) von mindestens 40 cm aufweist.
  9. Ein Balisengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Balisengehäuse aus einem Oberteil (OT) und einem Unterteil (UT) zusammengesetzt ist, die beide als Aufnahmestruktur einen Gehäuseraum (GR) ausbilden, wobei das Oberteil (OT) und das Unterteil (UT) am Rande des Gehäuseraums (GR) fest miteinander verbunden sind.
  10. Ein Balisengehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Oberteil (OT) erste Befestigungslöcher (L1) aufweist und das Unterteil (UT) mit den ersten Befestigungslöchern (L1) fluchtende zweite Befestigungslöcher (L2) aufweist, wobei das Unterteil (UT) die zweiten Befestigungslöcher (L2) umgebende erste Auflageflächen (A1) für eine Auflage in der geplanten Einbauposition aufweist und das Oberteil (OT) zweite Auflageflächen (A2) aufweist, die sich auf dem Unterteil (UT) abstützen.
  11. Ein Balisengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die ersten Befestigungslöcher (L1) im Oberteil (OT) in jeweils in der Oberseite des Gehäuses untergebrachten Vertiefungen (VT) liegen.
  12. Ein Balisengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gehäuse aus Kunststoff besteht.
  13. Eine Gleisanlage mit einem Gleis (GL), bei dem Schienen (SN) auf Schienenschwellen (SW) verlegt sind und bei dem auf mindestens einer Schwelle eine Balise (BL) befestigt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Balise (BL) ein Balisengehäuse nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist und das Balisengehäuse in Überquerungsrichtung (R) eine Breite (b) aufweist, die größer ist, als die Breite (b) einer Oberseite der Schienenschwelle (SW), auf der die Balise (BL) befestigt ist.
  14. Eine Gleisanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Breite (b) des Balisengehäuses um 10-30 cm größer ist, als die Breite (b) der Oberseite der Schienenschwelle (SW).
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