EP4752028A1 - Verfahren, schienenfahrzeug und balise für eine eisenbahngleisanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf eine Balise (30) zur Montage in oder neben einem Gleisbett einer Eisenbahngleisanlage (1) und zum Senden von Balisensignalen an passierende Schienenfahrzeuge. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Balise zumindest zwei Antennen (35a, 35b) umfasst, die jeweils zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes geeignet sind, wobei die Antennen (35a, 35b) von einer Steuereinrichtung (40) der Balise antennenindividuell ansteuerbar sind und wobei die Steuereinrichtung (40) derart ausgestaltet ist, dass sie während ihres Betriebs kontinuierlich zwischen zumindest zwei Ansteuermodi umschaltet, die sich in der Ansteuerung der Antennen (35a, 35b) unterscheiden.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Schienenfahrzeuge sowie auf mit Balisen ausgestattete Eisenbahngleisanlagen.
• Es ist bekannt, Balisen für Eisenbahngleisanlagen mit einer Antenne auszustatten, um ein Senden von Balisensignalen an passierende Schienenfahrzeuge zu ermöglichen. Im Einsatz sind heutzutage beispielsweise sogenannte Eurobalisen.
• Die von den Balisen erzeugten Balisensignale bzw. Magnetfelder können bekannterweise in benachbarte leitfähige Strukturen einkoppeln, sodass Störmagnetfelder und Störsignale auftreten können, die von passierenden Schienenfahrzeugen empfangen werden und unter Umständen zu Fehlern (falsche Ortung o. ä.) bei der Signalauswertung führen können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bezüglich der beschriebenen Überkopplungsproblematik verbesserte Balise anzugeben.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Balise mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Balise sind in Unteransprüchen angegeben.
• Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Balise zumindest zwei Antennen umfasst, die jeweils zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds geeignet sind, wobei die Antennen von einer Steuereinrichtung der Balise antennenindividuell ansteuerbar sind und wobei die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie während ihres Betriebs kontinuierlich zwischen zumindest zwei Ansteuermodi umschaltet, die sich in der Ansteuerung der Antennen unterscheiden.
• Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Balise ist darin zu sehen, dass aufgrund der vorgesehenen zumindest zwei Ansteuermodi ein Schienenfahrzeug anhand empfangener Signalpegelverläufe besser als bei bekannten Balisen ohne unterschiedliche Ansteuermodi unterscheiden kann, ob es tatsächlich eine Balise überfahren hat, deren Signale, insbesondere Datentelegramme, zu verwerten sind, oder es stattdessen ein passives Störkoppelelement überfahren hat, dessen Signale bzw. Datentelegramme nicht verwertet werden sollten.
• Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn Felder der Antennen im Falle eines gleichzeitigen aktiven Antennenbetriebs ein gemeinsames Überlagerungsfeld ausbilden und die Steuereinrichtung in einem ersten Ansteuermodus einen ersten Signalpegelverlauf des Überlagerungsfelds über der Längsrichtung des Gleisbetts und in einem zweiten Ansteuermodus einen zweiten Signalpegelverlauf des Überlagerungsfelds über der Längsrichtung des Gleisbetts hervorruft, wobei sich der erste Signalpegelverlauf von dem zweiten Signalpegelverlauf unterscheidet.
• Bei der letztgenannten Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung im Sendebetrieb die erste Antenne mit einem ersten Sendesignal versorgt und die zweite Antenne mit einem zweiten Sendesignal versorgt, wobei das erste und zweite Sendesignal identisch sind, jedoch im ersten Ansteuermodus eine erste Phasenlage zueinander aufweisen und im zweiten Ansteuermodus eine zweite, sich von der ersten unterscheidende Phasenlage zueinander aufweisen.
• Die erste und zweite Antenne werden im ersten Ansteuermodus vorzugsweise im Takt und im zweiten Ansteuermodus vorzugsweise im Gegentakt betrieben, sodass also die erste Phasenlage Null und die zweite Phasenlage 180 Grad beträgt.
• Bei einer anderen als vorteilhaft angesehenen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung im ersten Ansteuermodus die erste Antenne mit einem Sendesignal versorgt und die zweite Antenne inaktiv lässt und im zweiten Ansteuermodus die zweite Antenne mit einem Sendesignal versorgt und die erste Antenne inaktiv lässt. Die letztgenannte Ausführungsvariante ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich die Sendecharakteristiken der Antennen unterscheiden, beispielsweise wenn eine der Antennen horizontal und die andere vertikal ausgerichtet ist.
• Mit Blick auf die fahrzeugseitige Auswertung der empfangenen Signalpegel ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung periodisch zwischen den zumindest zwei Ansteuermodi umschaltet.
• Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Steuereinrichtung jeden der Ansteuermodi jeweils für eine vorgegebene Zeitspanne betreibt und mit Ablauf der jeweiligen Zeitspanne den Ansteuermodus wechselt.
• Die vorgegebene Zeitspanne beträgt vorzugsweise zwischen 50 und 1000 Mikrosekunden.
• Auch kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgestaltet ist, die Zeitspanne in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit der die Eisenbahngleisanlage befahrenden Schienenfahrzeuge und einer vorgegebenen Mindestanzahl an Ansteuermodiwechseln pro Überfahrtereignis selbst zu errechnen, beispielsweise gemäß $$\mathrm{T}=\mathrm{L}/\left(\mathrm{N}*\mathrm{V}\right)$$ wobei T die Zeitspanne, N eine gewünschte vorgegebene Mindestanzahl an Ansteuermodiwechseln bei Überfahrt mit vorgegebener Maximalgeschwindigkeit, V die vorgegebene Maximalgeschwindigkeit und L eine Kontaktlänge bezeichnet. Die Kontaktlänge gibt an, über welche Fahrtlänge - in Gleisbett- bzw. Schienenlängsrichtung gesehen - bei einer Überfahrt ein Signal- bzw. Datenempfang mit einer vorgegebenen Mindestempfangsstärke als realistisch anzusehen ist.
• Zumindest eine der Antennen ist vorzugsweise eine Schleifenantenne, die mindestens eine Leiterschleife umfasst.
• Die Schleifenebene der Leiterschleifen ist nach der bestimmungsgemäßen Montage der Balise vorzugsweise winklig, insbesondere rechtwinklig, oder parallel zur Gleisbettebene ausgerichtet.
• Die Antennen sind entlang einer vorgegebenen Montagerichtung, die nach bestimmungsgemäßer Montage im Gleisbett der Längsrichtung des Gleisbetts entspricht, vorzugsweise mit einem Abstand voneinander angeordnet.
• Vorteilhaft ist es, wenn zumindest zwei Antennen, insbesondere deren Schleifenebenen, nach bestimmungsgemäßer Montage horizontal angeordnet sind.
• Alternativ oder zusätzlich kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass zumindest zwei Antennen, insbesondere deren Schleifenebenen, nach bestimmungsgemäßer Montage vertikal angeordnet sind.
• Alternativ oder zusätzlich kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass nach bestimmungsgemäßer Montage zumindest eine Antenne, insbesondere deren Schleifenebene, horizontal und zumindest eine andere Antenne, insbesondere deren Schleifenebene, vertikal angeordnet ist.
• Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Schienenfahrzeug. Bezüglich des Schienenfahrzeugs ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dieses eine Plausibitätsprüfeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, bei Empfang eines Empfangssignals zu prüfen, ob dessen Empfangspegelverlauf einen für das Vorliegen von Ansteuermodiwechseln einer Balise, die beispielsweise wie oben beschrieben ausgestaltet ist, typischen Verlauf aufweist und das Empfangssignal zu verwerfen, wenn dies nicht der Fall ist.
• Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Balise und deren vorteilhafter Ausgestaltungen verwiesen.
• Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betreiben einer Balise, beispielsweise einer solchen wie oben beschrieben. Bezüglich des Verfahrens ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Balise zumindest zwei Antennen umfasst, die jeweils zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds geeignet sind, wobei beim Betrieb der Balise kontinuierlich zwischen zumindest zwei Ansteuermodi umgeschaltet wird, die sich in der Ansteuerung der Antennen unterscheiden.
• Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen vorteilhafter Ausgestaltungen sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Balise und deren vorteilhafter Ausgestaltungen verwiesen.
• Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Eisenbahngleisanlage mit zumindest einer in oder neben einem Gleisbett angeordneten Balise, wie sie oben beschrieben worden ist.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft:

Fig. 1

eine Eisenbahngleisanlage, die mit einer Balise mit einer horizontal ausgerichteten Schleifenantenne ausgestattet ist und bei der zusätzlich ein passives, im Gleisbett liegendes schleifenförmiges Koppelelement sowie ein passives, ebenfalls im Gleisbett liegendes lineares Koppelelement vorhanden ist,

Fig. 2

den Verlauf von Magnetfeldlinien eines von der Balise gemäß Figur 1 erzeugten Magnetfelds und die Einkopplung dieses Magnetfelds in eine externe, horizontale Koppelschleife,

Fig. 3

ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Balise,

Fig. 4

einen empfangbaren Signalpegelverlauf bei einer Überfahrt über die Balise gemäß Figur 3 für einen Gleichtakt- und einen Gegentaktbetrieb,

Fig. 5

einen empfangbaren Signalpegelverlauf bei einer Überfahrt über das passive schleifenförmige Koppelelement gemäß Figur 1 im Falle einer externen Einkopplung, und zwar im Falle eines Gleichtakt- und eines Gegentaktbetriebs der aktiven Störeinkopplung,

Fig. 6

einen empfangbaren Signalpegelverlauf bei einer Überfahrt über das passive lineare Koppelelement gemäß Figur 1 im Falle einer externen Einkopplung, und zwar im Falle eines Gleichtakt- und eines Gegentaktbetriebs der aktiven Störeinkopplung,

Fig. 7

ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug bei Überfahrt über die Balise gemäß Figur 3,

Fig. 8

einen beispielhaften Signalpegelverlauf, den das Schienenfahrzeug gemäß Figur 7 bei einer Überfahrt über die Balise gemäß Figur 3 messen würde, und zwar im Falle von fünfzig Betriebsmodiwechseln der Balise während der Überfahrt,

Fig. 9

einen beispielhaften Signalpegelverlauf, den das Schienenfahrzeug gemäß Figur 7 bei einer Überfahrt über das passive schleifenförmige Koppelelement gemäß Figur 1 messen würde, und zwar im Falle von fünfzig Betriebsmodiwechseln der aktiven Störeinkopplung,

Fig. 10

einen beispielhaften Signalpegelverlauf, den das Schienenfahrzeug gemäß Figur 7 bei einer Überfahrt über das passive lineare Koppelelement gemäß Figur 1 messen würde, und zwar im Falle von fünfzig Betriebsmodiwechseln der aktiven Störeinkopplung, und

Fig. 11

weitere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Balisen.

In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
• Die Figur 1 zeigt einen Abschnitt einer Eisenbahngleisanlage 1, der mit einer Balise 5 ausgestattet ist. Die Balise 5 umfasst eine Schleifenantenne 10, deren Schleifenebene SE parallel zur Gleisbettebene GBE, also horizontal, ausgerichtet ist. Die Gleisbettebene GBE wird im Bereich der Balise 5 durch Schienen 20 der Eisenbahngleisanlage 1 aufgespannt.
• Der in der Figur 1 gezeigte Abschnitt der Eisenbahngleisanlage 1 wird von einem Schienenfahrzeug überfahren, von dem aus Gründen der Übersicht lediglich zwei Laufwerke mit jeweils zwei Achsen 15 dargestellt sind. Es lässt sich erkennen, dass die Achsen 15 und die Schienen 20 elektrisch eine externe Koppelschleife 25 bilden, die die Schleifenantenne 10 der Balise 5 umschließt, sodass die Feldlinien des von der Schleifenantenne 10 erzeugten Magnetfelds die Koppelschleife 25 durchsetzen und in der Koppelschleife 25 einen induktiv eingekoppelten Koppelstrom Ik erzeugen. Dieser Koppelstrom Ik erzeugt wiederum ein Magnetfeld, nämlich ein für die Datenübertragung zwischen dem Schienenfahrzeug und der Balise 5 störendes Störfeld.
• Die Figur 1 zeigt außerdem ein passives, im Gleisbett liegendes schleifenförmiges Koppelelement 26 und ein passives, im Gleisbett liegendes, lineares Koppelelement 27 in Form eines Kabels 27, die bei Einkopplung externer elektromagnetischer Felder ebenfalls eigene Störfelder generieren.
• Die Figur 2 zeigt den Verlauf der Magnetfeldlinien des von der Schleifenantenne 10 erzeugten, gewünschten Magnetfelds und die Einkopplung dieses Magnetfelds in die externe Koppelschleife 25 in einer vereinfachten Darstellung.
• Die Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Balise 30. Die Balise 30 umfasst eine erste Antenne in Form einer ersten Schleifenantenne 35a und eine zweite Antenne in Form einer zweiten Schleifenantenne 35b, die jeweils mit mindestens einer Leiterschleife ausgestattet sind und jeweils zum Senden von Balisensignalen an passierende Schienenfahrzeuge geeignet sind. Die Schleifenantennen 35a und 35b sind in Fahrt- bzw. Gleislängsrichtung X versetzt bzw. hintereinander angeordnet und deren Schleifenebenen SE sind jeweils horizontal bzw. parallel zur Gleisbettebene GBE ausgerichtet. Die Schleifenantennen 35a und 35b der Balise 30 können jeweils eine Vielzahl an Leiterschleifen aufweisen und beispielsweise jeweils durch eine Spule gebildet sein. Im letztgenannten Falle sind die Spulenlängsachsen der Spule bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 vorzugsweise rechtwinklig zur Gleisbettebene GBE angeordnet.
• Der Abstand zwischen den Schleifenantennen 35a und 35b liegt - in Fahrtrichtung X gesehen - vorzugsweise in einem Bereich zwischen 5 cm und 15 cm. Die Schleifenantennen 35a und 35b sind vorzugsweise im Querschnitt gleich groß.
• Eine Steuereinrichtung 40 der Balise 30 ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie im Sendebetrieb die Schleifenantennen 35a und 35b jeweils mit einem antennenindividuellen Sendesignal in Form eines antennenindividuellen Antennenwechselstroms versorgt. Das Sendesignal bzw. der Antennenstrom für die erste Schleifenantenne 35a ist in der Figur 3 mit dem Bezugszeichen I1 und das Sendesignal bzw. der Antennenstrom für die zweite Schleifenantenne 35b ist in der Figur 3 mit dem Bezugszeichen I2 gekennzeichnet.
• Die Antennenströme I1 und I2 sind vorzugsweise Wechselströme, die zusätzlich kodiert bzw. moduliert sein können, um Daten wie beispielsweise Datentelegramme auszusenden. Für die Erzeugung der Antennenströme und deren Kodierung bzw. Modulation können allgemein bekannte Verfahren eingesetzt werden, wie sie beispielsweise von der Eurobalise bekannt sind. Die Eurobalise ist beispielsweise in der Druckschrift "Anwendung der Eurobalise bei der DB Netz AG" (Signal+Draht Spezial, Oktober 2015) beschrieben.
• Die Felder der Schleifenantennen 35 überlagern sich, sodass sie im Falle eines gleichzeitigen aktiven Antennenbetriebs ein gemeinsames Überlagerungsfeld ausbilden.
• Die Steuereinrichtung 40 kann beispielsweise durch eine entsprechende hard- und/oder softwaremäßige Programmierung wahlweise in einem ersten Ansteuermodus (Betriebsmodus), der einen ersten Signalpegelverlauf des Überlagerungsfelds über der Längsrichtung des Gleisbetts bzw. der Fahrtrichtung X hervorruft, oder in einem zweiten Ansteuermodus (Betriebsmodus), der einen zweiten Signalpegelverlauf des Überlagerungsfelds über der Längsrichtung des Gleisbetts bzw. der Fahrtrichtung X hervorruft, betrieben werden; dabei unterscheidet sich der erste Signalpegelverlauf von dem zweiten Signalpegelverlauf.
• Im ersten Ansteuermodus werden die Schleifenantennen 35 beispielsweise mit Sendesignalen bzw. Antennenströmen, die eine erste Phasenlage zueinander aufweisen, und im zweiten Ansteuermodus mit Sendesignalen bzw. Antennenströmen, die eine zweite, sich von der ersten unterscheidende Phasenlage aufweisen, betrieben.
• Im ersten Ansteuermodus gilt vorzugsweise, dass der erste Antennenstrom I1 und der zweite Antennenstrom I2 gleich groß und in Phase sind, also die Schleifenantennen 35 im Gleichtakt betrieben werden und gilt: $$\mathrm{I}1=\mathrm{I}2.$$
• Im zweiten Ansteuermodus gilt vorzugsweise, dass der erste Antennenstrom I1 und der zweite Antennenstrom I2 gleich groß und in Gegenphase sind, also die Schleifenantennen 35 im Gegentakt betrieben werden und gilt: $$\mathrm{I}1=-\mathrm{I}2.$$
• Die Figur 4 zeigt - für eine beliebige Höhe oberhalb der Balise 30 - den Verlauf des Signalpegels des Überlagerungsfelds über der Fahrtrichtung bzw. Längsrichtung X des Gleisbetts am Beispiel der Hz-Komponente, und zwar links für den ersten Ansteuermodus, in dem die Schleifenantennen 35 im Gleichtakt betrieben werden, und rechts für den zweiten Ansteuermodus, in dem die Schleifenantennen 35 im Gegentakt betrieben werden. Es lässt sich festzustellen, dass sich die magnetische Feldverteilung im Gleichtaktbetrieb von der des Gegentaktbetriebs deutlich unterscheidet. Im Falle einer Überfahrt über die Balise kann anhand des empfangenen Signalpegelverlaufs somit der jeweilige Ansteuermodus identifiziert werden, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
• Der erste und zweite Ansteuermodus werden vorzugsweise abwechselnd und jeweils für eine vorgegebene Zeitspanne T eingestellt. Vorteilhaft ist es, wenn die Balise 30 periodisch zwischen den zwei Ansteuermodi wechselt. Die Umschaltfrequenz f sollte so gewählt werden, dass bei einer jeden Balisenüberfahrt ausreichend viele Modiwechsel erzeugt werden und eine Ansteuermodierkennung und damit auch eine Balisenerkennung durch Musterauswertung möglich ist; die Mindestanzahl N an Modiwechseln pro Überfahrt sollte zu diesem Zwecke vorzugsweise mindestens zehn betragen. Bei den weiter unten gezeigten Ausführungsbeispielen beträgt die Anzahl der Modiwechsel N beispielsweise 50 pro für die bildlich dargestellte Balisenüberfahrt.
• Das Magnetfeld der Balise 30 kann üblicherweise in einem Bereich (in X-Richtung gesehen) von L ≈ 1 bis 1,5 m detektiert werden. Diese Länge L kann als Kontaktlänge zwischen Schienenfahrzeug und Balise bezeichnet werden. Somit hängt die untere Grenze der Umschaltfrequenz f von der maximal zulässigen Geschwindigkeit V des Schienenfahrzeugs ab, damit auch bei schnellen Schienenfahrzeugen und kurzen Überfahrzeiten Modiwechsel erkennbar sind. Gleichzeitig sollte die Umschaltfrequenz f deutlich kleiner sein als die Mittenfrequenz fc des für die Datenübertragung genutzten Balisentelegramms, um Interferenzen bzw. Störungen der Datenübertragung zu vermeiden; diese Mittenfrequenz fc liegt üblicherweise bei 4,2 MHz, sodass vorzugsweise gilt: $$\mathrm{fc}\gg \mathrm{f}>1/\mathrm{T}=\left(\mathrm{N}*\mathrm{V}\right)/\mathrm{L}$$ wobei T die Zeitspanne eines jeden Ansteuermodus, N die vorgegebene Mindestanzahl an Ansteuermodiwechseln pro Überfahrtereignis und V die vorgegebene Maximalgeschwindigkeit bezeichnet. Die Mindestanzahl N an Ansteuer- bzw. Betriebsmodiwechseln ist vorzugsweise größer als 10.
• Für eine Maximalgeschwindigkeit V von 250 km/h eines Schienenfahrzeugs ist demgemäß beispielsweise eine Umschaltfrequenz f im Bereich zwischen 1 und 20 kHz plausibel, sodass ein geeigneter Zeitbereich eines jeden Ansteuermodus (also zum Beispiel Gleichtakt- oder Gegentaktbetrieb) im Bereich zwischen $$50\mathrm{\mu s}<\mathrm{T}=1/\mathrm{f}<1\mathrm{ms}$$ liegen kann.
• In der Figur 4 ist das Umschalten der Ansteuermodi ebenfalls dargestellt, und zwar für N=50 Modiwechsel pro Überfahrt; dabei zeigen Kreise jeweils Phasen, in denen der jeweilige Ansteuermodus aktiv ist und gestrichelte Linien jeweils Phasen, in den der jeweilige Ansteuermodus inaktiv ist; demgemäß entsprechen aktive, durch Kreise markierte Phasen im linken Diagramm inaktiven, durch eine Linie markierten Phasen im rechten Diagramm, und umgekehrt.
• Die Figur 5 (links für den ersten Ansteuermodus und rechts für den zweiten Ansteuermodus) zeigt zum Vergleich den Signalpegelverlauf für das Feld, das das erste Koppelelement 26 gemäß Figur 1 im Falle einer Einkopplung erzeugen würde.
• Die Figur 6 (links für den ersten Ansteuermodus und rechts für den zweiten Ansteuermodus) zeigt zum Vergleich den entsprechenden Signalpegelverlauf für das Feld, das das zweite Koppelelement 27 gemäß Figur 1 im Falle einer Einkopplung erzeugen würde.
• Die Figur 7 zeigt ein Schienenfahrzeug 80 bei einer Überfahrt über die Balise 10 gemäß Figur 3. Das Schienenfahrzeug 80 umfasst eine Empfangsantenne 85, mit der sie bei der Überfahrt den Signalpegelverlauf des Überlagerungsfeldes messen bzw. unter Bildung von Abtastwerten abtasten kann.
• Die Figur 8 zeigt beispielhaft einen von dem Schienenfahrzeug 80 bei der Überfahrt empfangenen Signalpegelverlauf. Der empfangene Signalpegelverlauf ergibt sich anschaulich beschrieben durch ein Zusammensetzen der durch die Kreise in der Figur 4 markierten Pegelverlaufsabschnitte der jeweiligen Signalpegelverläufe der beiden Ansteuermodi, die zeitlich abwechselnd aktiv oder inaktiv sind.
• Die Figur 9 zeigt zum Vergleich den entsprechenden von dem Schienenfahrzeug 80 empfangenen Signalpegelverlauf, den das erste Koppelelement 26 gemäß Figur 1 im Falle einer Überkopplung erzeugen würde. Die Figur 10 zeigt zum Vergleich den entsprechenden von dem Schienenfahrzeug 80 empfangenen Signalpegelverlauf, den das zweite Koppelelement 27 gemäß Figur 1 im Falle einer Überkopplung erzeugen würde.
• Das Schienenfahrzeug 80 kann nun den jeweils empfangenen Signalpegelverlauf, beispielsweise durch numerische Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Abtastwerte des empfangenen Signalpegelverlaufs, auswerten und zum Beispiel anhand eines Mustervergleichs feststellen, ob bei der Überfahrt ein zu erwartender Signalpegelverlauf für die Balise 30 oder ein davon abweichender Signalpegelverlauf, wie beispielsweise einer der in den Figuren 8 und 9 gezeigten Verläufe, empfangen wurde. Im Falle einer erkannten Balisenüberfahrt werden die empfangenen Balisentelegramme ausgewertet und andernfalls verworfen.
• Darüber hinaus kann das Schienenfahrzeug 80 im Falle einer erkannten Störeinkopplung anhand des Signalpegelverlaufs auf die konstruktive Art des Koppelelements schließen; diese Daten können zu einem späteren Zeitpunkt streckenseitig genutzt werden, um störende Elemente zu identifizieren und ggf. zu entfernen oder konstruktiv abzuschirmen.
• Um die beschriebene Auswertung der Signalpegelverläufe einfach zu ermöglichen, umfasst das Schienenfahrzeug 80 eine Plausibitätsprüfeinrichtung 86, die dazu ausgebildet ist, bei Empfang eines Empfangssignals zu prüfen, ob dessen Signalpegelverlauf einen für das Vorliegen von Betriebsmodiwechseln bei Balisen typischen Verlauf aufweist oder nicht.
• Die Plausibitätsprüfeinrichtung 86 kann beispielsweise als Softwaremodul in einer Fahrzeugsteuereinrichtung 90 integriert sein, die mit der fahrzeugseitigen Empfangsantenne 85 verbunden ist.
• Die Fahrzeugsteuereinrichtung 90 wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 durch eine Rechenanlage 100 gebildet, die eine Recheneinrichtung 110 und einen Speicher 120 umfasst. In dem Speicher 120 ist Software abgespeichert, die zumindest zwei Steuermodule aufweist. Eines dieser Steuermodule ist ein übliches Kommunikationsmodul 140, das bei Ausführung durch die Recheneinrichtung 110 einen üblichen Datentelegrammempfang balisenseitiger Datentelegramme ermöglicht, wie dies bei Schienenfahrzeugen allgemein bekannt ist. Ein anderes dieser Steuermodule ist ein Plausibitätsprüfmodul 150, das bei Ausführung durch die Recheneinrichtung 110 Abtastwerte von Signalpegelverläufen auswertet, indem sie den Verlauf der Abtastwerte beispielsweise mit abgespeicherten typischen Vergleichsverläufen bei Balisenüberfahrten vergleicht; bei den typischen Vergleichsverläufen kann es sich um abgespeicherte Messdaten oder simulierte Daten handeln. Entsprechen die jeweils gemessenen Verläufe der Abtastwerte den für Balisen zu erwartenden Verläufen, wie dies beispielhaft anhand der Figuren 8 bis 10 erläutert worden ist, so schließt das Plausibitätsprüfmodul 150 auf eine Balisenüberfahrt.
• Im Falle einer erkannten Balisenüberfahrt übermittelt das Plausibitätsprüfmodul 150 dieses Prüfergebnis PE an das Kommunikationsmodul 140, das dann wiederum eine Auswertung der entsprechenden Datentelegramme durchführt oder im Falle, dass eine solche Auswertung bereits stattgefunden hat, die finale Verwertung der Datentelegramme freigibt.
• Liegt kein positives Prüfergebnis PE des Plausibilitätsprüfmoduls 150 vor bzw. konnte das Plausibilitätsprüfmodul 150 keine Balisenüberfahrt bestätigen, so erfolgt vorzugsweise keine Datentelegrammauswertung bzw. bereits vorliegende Datentelegramme werden verworfen.
• In dem Speicher 120 kann weitere Software in Form weiterer Softwaremodule abgespeichert sein, die weitere Steuer-, Regelungs- oder Überwachungsfunktionen des Schienenfahrzeugs übernehmen können.
• Das oben beispielhaft anhand zweier horizontal angeordneter Schleifenantennen beschriebene Konzept eines Einsatzes zumindest zweier sich abwechselnder Ansteuermodi kann in entsprechender Weise auch bei anderer Anordnung zweier oder mehr Antennen (z. B. Schleifenantennen) durchgeführt werden. Die Figur 11 zeigt beispielhaft eine Balise 30 mit zwei vertikal angeordneten Antennen 200 (z. B. Schleifenantennen) und eine Balise 30 mit einer vertikal angeordneten Antenne 200 (z. B. Schleifenantenne) und einer horizontal angeordneten Antenne 300 (z. B. Schleifenantenne). Selbstverständlich kann die Anzahl der Balisenantennen auch größer als zwei und die Anzahl an unterschiedlichen Ansteuermodi größer als zwei sein. Auch ist die Anordnung der Antennen nicht auf eine vertikale oder horizontale Anordnung beschränkt, es sind auch andere, beispielsweise winklige Anordnungen mit anderen Winkeln relativ zur Gleisbettebene denkbar.
• Das oben beschriebene Antennenkonzept eignet sich besonders für "Nicht-ETCS-Anwendungen", insbesondere im Bereich des Nahverkehrs.
• Abschließend sei erwähnt, dass die Merkmale aller oben beschriebenen Ausführungsbeispiele untereinander in beliebiger Weise kombiniert werden können, um weitere andere Ausführungsbeispiele der Erfindung zu bilden.
• Auch können alle Merkmale von Unteransprüchen jeweils für sich mit jedem der nebengeordneten Ansprüche kombiniert werden, und zwar jeweils für sich allein oder in beliebiger Kombination mit einem oder mehreren anderen Unteransprüchen, um weitere andere Ausführungsbeispiele zu erhalten.
Bezugszeichenliste

1

Eisenbahngleisanlage

5

Balise

10

Schleifenantenne

15

Achse

20

Schienen

25

externe Koppelschleife

26

passives Koppelelement

27

passives Koppelelement

30

Balise

35a

Schleifenantenne

35b

Schleifenantenne

40

Steuereinrichtung

80

Schienenfahrzeug

85

Empfangsantenne

86

Plausibitätsprüfeinrichtung

90

Fahrzeugsteuereinrichtung

100

Rechenanlage

110

Recheneinrichtung

120

Speicher

140

Kommunikationsmodul

150

Plausibitätsprüfmodul

200

Antenne

300

Antenne

GBE

Gleisbettebene

I1

Antennenstrom

I2

Antennenstrom

Ik

Koppelstrom

PE

Prüfergebnis

SE

Schleifenebene

X

Fahrtrichtung / Gleislängsrichtung

Claims (15)

1. Balise (30) zur Montage in oder neben einem Gleisbett einer Eisenbahngleisanlage (1) und zum Senden von Balisensignalen an passierende Schienenfahrzeuge,
   dadurch gekennzeichnet, dass

   - die Balise zumindest zwei Antennen (35a, 35b) umfasst, die jeweils zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds geeignet sind,

   - wobei die Antennen (35a, 35b) von einer Steuereinrichtung (40) der Balise antennenindividuell ansteuerbar sind und

   - wobei die Steuereinrichtung (40) derart ausgestaltet ist, dass sie während ihres Betriebs kontinuierlich zwischen zumindest zwei Ansteuermodi umschaltet, die sich in der Ansteuerung der Antennen (35a, 35b) unterscheiden.
2. Balise (30) nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, dass

   - Felder der Antennen (35a, 35b) im Falle eines gleichzeitigen aktiven Antennenbetriebs ein gemeinsames Überlagerungsfeld ausbilden und

   - die Steuereinrichtung (40) in einem ersten Ansteuermodus einen ersten Signalpegelverlauf des Überlagerungsfelds über der Längsrichtung (X) des Gleisbetts und in einem zweiten Ansteuermodus einen zweiten Signalpegelverlauf des Überlagerungsfelds über der Längsrichtung (X) des Gleisbetts hervorruft, wobei sich der erste Signalpegelverlauf von dem zweiten Signalpegelverlauf unterscheidet.
3. Balise (30) nach Anspruch 2,
   dadurch gekennzeichnet, dass

   - die Steuereinrichtung (40) im Sendebetrieb die erste Antenne (35a) mit einem ersten Sendesignal (I1) versorgt und die zweite Antenne (35b) mit einem zweiten Sendesignal (I2) versorgt,

   - wobei das erste und zweite Sendesignal (I1, I2) identisch sind, jedoch im ersten Ansteuermodus eine erste Phasenlage zueinander aufweisen und im zweiten Ansteuermodus eine zweite, sich von der ersten unterscheidenden Phasenlage zueinander aufweisen.
4. Balise (30) nach Anspruch 3,
   dadurch gekennzeichnet, dass
   die erste und zweite Antenne (35a, 35b) im ersten Ansteuermodus im Takt und im zweiten Ansteuermodus im Gegentakt betrieben werden, also die erste Phasenlage Null und die zweite Phasenlage 180 Grad beträgt.
5. Balise (30) nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, dass
   die Steuereinrichtung (40) im ersten Ansteuermodus die erste Antenne (35a) mit einem Sendesignal (I1) versorgt und die zweite Antenne (35b) inaktiv lässt und im zweiten Ansteuermodus die zweite Antenne (35b) mit einem Sendesignal (I2) versorgt und die erste Antenne (35a) inaktiv lässt.
6. Balise (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass
   die Steuereinrichtung (40) periodisch zwischen den zumindest zwei Ansteuermodi umschaltet.
7. Balise (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass
   die Steuereinrichtung (40) jeden der Ansteuermodi jeweils für eine vorgegebene Zeitspanne (T) betreibt und mit Ablauf der jeweiligen Zeitspanne den Ansteuermodus wechselt.
8. Balise (30) nach Anspruch 7,
   dadurch gekennzeichnet, dass
   die vorgegebene Zeitspanne (T) zwischen 50 und 1000 Mikrosekunden beträgt.
9. Balise (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche 7 bis 8,
   dadurch gekennzeichnet, dass

   die Steuereinrichtung (40) dazu ausgestaltet ist, die Zeitspanne (T) in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit (V) die Eisenbahngleisanlage befahrender Schienenfahrzeuge (80) und einer vorgegebenen Mindestanzahl an Ansteuermodiwechseln pro Überfahrtereignis selbst zu errechnen, gemäß $$\mathrm{T}=\mathrm{L}/\left(\mathrm{N}*\mathrm{V}\right)$$

   wobei T die Zeitspanne, N die vorgegebene Mindestanzahl an Ansteuermodiwechseln, V die vorgegebene Maximalgeschwindigkeit und L eine Kontaktlänge, die eine Datenübertragung zwischen Schienenfahrzeug und Balise ermöglicht, bezeichnet.
10. Balise (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest eine der Antennen (35a, 35b) eine Schleifenantenne ist, die mindestens eine Leiterschleife umfasst.
11. Balise (30) Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schleifenebene (SE) der Leiterschleifen nach der bestimmungsgemäßen Montage der Balise (30) winklig, insbesondere rechtwinklig, zur Gleisbettebene (GBE) oder parallel zur Gleisbettebene (GBE) ausgerichtet ist.
12. Balise (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Antennen (35a, 35b) entlang einer vorgegebenen Montagerichtung, die nach bestimmungsgemäßer Montage im Gleisbett der Längsrichtung (X) des Gleisbetts entspricht, mit einem Abstand voneinander angeordnet sind.
13. Schienenfahrzeug (80),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dieses eine Plausibitätsprüfeinrichtung (86) aufweist, die dazu ausgebildet ist, bei Empfang eines Empfangssignals zu prüfen, ob dessen Empfangspegelverlauf einen für das Vorliegen von Ansteuermodiwechseln bei Balisen, die nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgestaltet sind, typischen Verlauf aufweist und das Empfangssignal zu verwerfen, wenn dies nicht der Fall ist.
14. Verfahren zum Betreiben einer Balise (30), beispielsweise einer solchen nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass

    - die Balise (30) zumindest zwei Antennen (35a, 35b) umfasst, die jeweils zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds geeignet sind,

    - wobei beim Betrieb der Balise (30) kontinuierlich zwischen zumindest zwei Ansteuermodi umgeschaltet wird, die sich in der Ansteuerung der Antennen (35a, 35b) unterscheiden.
15. Eisenbahngleisanlage (1) mit zumindest einer in oder neben einem Gleisbett angeordneten Balise (30),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Balise (30) eine Balise nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12 ist.