WO1996007577A1 - Verfahren zur zuglauf- und fahrwegüberwachung - Google Patents

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WO1996007577A1 PCT/EP1995/003552 EP9503552W WO9607577A1 WO 1996007577 A1 WO1996007577 A1 WO 1996007577A1 EP 9503552 W EP9503552 W EP 9503552W WO 9607577 A1 WO9607577 A1 WO 9607577A1
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Andreas Etzel
Reinhard Seyer
F. Schneider
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Daimler-Benz Aktiengesellschaft
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    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/048—Road bed changes, e.g. road bed erosion

Definitions

  • the invention is based on a procedural ren according to the preamble of claim 1.
  • Block protection can be returned using the main and warning signals.
  • a sensor system which continuously monitors a measuring section is known from international application WO 83/00744.
  • forces on an oil line are measured using an optical fiber.
  • the invention is based on the object of r
  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 which, during the course of the train on the railroad track, can be recognized by means of electrical or optical signals whether a fault in the track bed, in the railroad track or damage to one of the vehicles or the There are wheel sets.
  • the position and speed of the trains are to be determined on the basis of the signals and the train running is thus monitored and secured.
  • the invention is particularly suitable for monitoring high-speed trains and high-speed routes in which even the smallest errors in the track bed, on the rails or on the vehicles can lead to serious accidents.
  • both rails of a railroad track system are equipped over their entire length with a dense, continuously distributed sensor system, which makes it possible to track the location and speed of the trains, individual wagons and individual axes (to check the presence of the last wagon, broken axles, Wheel breaks and derailments).
  • this sensor system also allows the condition and safety of the route to be monitored, and in particular
  • Ballast bed underwashing of the track body and acts of sabotage (loosened or stolen rails, obstacles on the track).
  • Essential features of this invention are that the sensor system works independently of the wagon, that is, it is not based on special devices on the wagons or feedback from them, and that it is continuously distributed over the route, i.e. not on specific devices on the Route is based, which are exposed to damage and theft due to their exposed structure.
  • the sensor system preferably works with a sensor tape which has very simply constructed sensors which are arranged at short intervals along the sensor tape.
  • these sensors can be pressure sensors which respond to the pressure which arises when a wheel set rolls over the point at which the Sensor is located on the rail.
  • the sensors can also be thawed in accordance with sub-bridges 4, 5, 6.
  • Fig. 2 shows the track superstructure with sensor tape and route calculator and an example of the sensor signal in the normal state and in the event of breakage and
  • Fig. 4 shows the hierarchical arrangement of the evaluation device of the sensor signals.
  • FIG. 1 shows the track superstructure using the type of fastening w with an advantageous embodiment of the arrangement of a continuous sensor mandrel 7, which is attached under the rail foot instead of or together with an elastic plastic intermediate layer that is usually installed there.
  • the rail 1 is connected to the concrete shaft 6 your Epsnon tension clamps 3 and screw bolts 2 screwed into the plastic dowel 5.
  • the concrete waves are especially emitted in the area of the rail mount
  • the rail stands directly on the concrete sleepers from the intermediate plastic layer 8 (FIG. 2 and the sensor band 7a combined therewith or installed instead of this plastic intermediate layer.
  • the threshold counterforce therefore acts directly on the sensor band as a reaction force of the vehicle when it is driven over Executives appearing on the track.
  • Threshold drag is dependent on the dynamic wheel load, the 1 . Measuring points at a greater distance are associated with lower costs and are sufficient to monitor train running, track status and track vacancy detection on the free route.
  • Measuring points at a smaller distance are required for the differentiation of individual wagons, for monitoring the wagon weight and the wagon condition, especially in the train station area. and to prevent flank travel on switches.
  • the driving speed of the vehicles does not have to be determined exclusively in terms of location and time as with other track protection devices, but is also recognizable by the dynamic loading of the route.
  • a lower driving speed creates a higher load profile at every point on the route. This enables a continuous speed measurement that does not rely on discrete location and time measurements (see the schematically represented sensor signals in FIG. 3).
  • Speed limits must usually be observed on new lines and after renewing the ballast track, as the newly laid ballast bed has not yet reached full load capacity. These speed restrictions can be better adapted to the condition of the route by directly measuring the dynamic route load.
  • the route coordinators SKA ... SKD which evaluate the measurement results of the measuring devices 12, as shown in FIG. 4, are hierarchically networked, so that each route coordinator can evaluate and compare the measurement results of several neighboring measuring devices.
  • Threshold distance and the degree of stabilization of the track Through the hierarchical networking of the measuring devices Threshold distance and the degree of stabilization of the track. Due to the arrangement according to the invention, the threshold force is simultaneously used to monitor the train running, the vehicle condition, the vehicle weight and the track condition and the load-bearing capacity of the substructure.
  • the sensor tape 7a is equipped with an impact-resistant jacket.
  • the sensor signal shows a change that is characteristic of the type of error, which is shown schematically in the lower part of the figure using a Pulse diagram is shown.
  • the sensor signals in front of the break point will increase more and drop immediately at the break point 10.
  • the route computer 11 which is shown schematically in FIG. 3, serves this purpose.
  • Such route computers are located at certain intervals along the route and receive their signals from the sensor coordinators SKA, SKB ... (see FIG. 4), which monitor the individual smaller route sections A, B ... by generating them there Collect sensor signals and for
  • Sensor coordinators also take care of the power supply to the sensors and the monitoring of their function.
  • a hierarchical system suitable for monitoring is shown in FIG. 4.
  • the range of the signals necessitates a division of the sensor band into sections along the route, in which the signals are processed or amplified with repeaters.
  • the damping of the sensor signals can thus be compensated for.
  • the distances between the measuring devices along the route are variable. They are a few meters in the station area and can be extended to several kilometers on the open route.
  • security redundancy is introduced. If one route coordinator fails, another can take over its function.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren der Zuglauf- und Fahrwegüberwachung ist vorgesehen, daß das Gleis über seine gesamte Länge mit einem dichten, den Fahrweg lückenlos überwachenden Sensorsystem ausgestattet ist, welches kontinuierlich Ort und Geschwindigkeit aller auf der Strecke befindlichen Fahrzeuge sowie den Zustand des Fahrweges aufnimmt und weitermeldet, ohne daß es einer Kommunikation zwischen Fahrzeug und Überwachungseinrichtung oder einer von dem Fahrzeug ausgehenden aktiven Positionsmeldung bedarf.

Description

Verfahren zu r Zuglauf- und Fahrwegüberwachung
Beschrei bung
Die Erfindung geht aus von einem Verfah ren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren ist aus der Europäischen Anmeldung EP 0 388 272 B1 bekannt. Zu r Erkennnung der Zugposition werden zah l reiche Sender und Empfängeranlagen längs der zu ü berwachenden Strecke install iert. Mit einem solchen System ist zwar d ie Identifi kation von Zügen mögl ich, nicht jedoch d ie Überwachung des Zustands des Fahrwegs. Außerdem ist nu r d ie Erkennung und Identifi kation solcher Züge mögl ich, die mit derselben Sender- und Empfängertechnik ausgerüstet sind. Befindet sich auch nur ein nicht entsprechend ausgerüstetes Fahrzeug auf der
Strecke, muß dieses System aufgegeben und zur herkömmlichen
Blocksicherung mittels Haupt- und Vorsi gnal zurückgekehrt werden.
Ein Sensorsystem, welches eine Meßstrecke kontinuierl ich überwacht, ist aus der internationalen Anmeldung WO 83/00744 bekannt. Bei diesem System werden Kräfte auf eine Ölleitung mit Hilfe einer optischen Faser gemessen.
Der Erfindung l iegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu r
Überwachung von Bahngleisen anzugeben, daß ohne zusätzl iche Mittel auch zur Überwachung des Zuglaufs einsetzbar ist.
Diese Aufgabe w i rd mit den im kennzeichnenden Tei l des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vortei lhafte Ausgestaltungen des Gegenstands des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , welches wahrend des Zuglaufs auf der Eisenbahnstrecke anhand von elektrischen oder optischen Si gnalen erkennen läßt, ob ei n Fehler im Gleisbett, in der Eisenbahnschiene oder ei n Schaden an einem der Fahrzeuge oder der Radsätze vorliegt. Außerdem sollen aufgrund der Signale Position und Geschwind igkeit der Züge bestimmt und damit der Zuglauf überwacht und gesichert werden.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Überwachung von Hoch- geschw ind i gkeitszügen und Hochgeschw indig keitsfahrstrecken, bei welchen auch k leinste Fehler im Gleisbett, an der Schiene oder an den Fahrzeugen zu schweren Unfällen fuhren können.
Erfindungsgemäß werden beide Schienen eines Eisenbahngleissystems über i hre gesamte Lange mit einem dichten, kontinuierlich vertei lten Sensorsystem ausgestattet, das es erlaubt, Ort und Geschwindigkeit der Zuge, einzelner Wagen und einzelner Achsen zu verfolgen (zur Kontrolle der Anwesenheit des letzten Wagens, von Achsbruchen, Rad brüchen und Entgleisungen). Zugleich erlaubt dieses Sensorsystem auch, Zustand und Sicherheit des Fahrwegs zu überwachen und insbesondere
Schienenbrüche, Schwel lenbruche und Schraubenbrüche, fehlerhafte Gleislagen, hohl hegende Schwellen, Gleisverwerfungen, nachlassende Tragfähigkeit und Elastizität des Unterbaues, Veränderungen des
Schotterbettes, Unterspulungen des Gleiskörpers und Sabotageakte (geloste oder entwendete Schienen, Hindernisse auf dem Fahrweg ) zu erkennen. Dabei sind wesentliche Merkmale d ieser Erfindung, daß das Sensorsystem wagenunabhangig arbeitet, also nicht auf besonderen Vorrichtungen an den Wagen oder Ruckmeldungen von d iesen beruht, und daß es kontinuierl ich über d ie Strecke vertei lt ist, also n icht auf punktuellen Einrichtungen an der Strecke beruht, die durch ihren exponierten Aufbau anfälliger gegenüber Beschädigungen und Entwenden sind.
Das Sensorsystem arbeitet vorzugsweise mit einem Sensorband, welches sehr einfach aufgebaute Sensoren aufweist, die in kurzen Abständen längs des Sensorbandes angeordnet sind. Diese Sensoren können gemäß Unteranspruch 3 Drucksensoren sein, welche auf den Druck ansprechen, der entsteht, wenn ein Radsatz über die Stelle rollt, an der sich der Sensor an der Schiene befindet. InsDesonqere ist es von vorteil, eine Glasfaser zur weiterieitung der Senscrsignaie zu Denutzen. Die Senscrer Können aber auch gemäß Unteransbrücnen 4, 5, 6 aufgeoaut sein.
Duron den hierarcniscnen AufDau aes Sensorsystems ist es leicht möglich, Ort und Gescnwιndigκeιi des Zuges auf aer Strecke zu
Destimmen und diese Information zur Zugiauf- und Fanrwegücerwacnung weiterzuveraroeiten.
Die Erfindung wird nun annand eines Ausfünrungsbeisbiels unter Zunh - fenanme der Zeicnnungen näner erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den Gleisoberbau K mit zwischen Scniene und Schwelle befind- lichen Sensorband;
Fig. 2 den Gleisoberbau K mit am Schienensteg angebrachtem Sensoroand:
Fig. 2 den Gleisoberbau mit Sensorband und StrecKenrechner sowie ein Beispiel für das Sensorsignal im Normalzustand und bei Scmenen- bruch und
Fig. 4 die hierarchiscne Anordnung der Auswerteeinrichtung der Sensorsignale.
Figur 1 zeigt den Gleisoberbau unter" verwendung aer Befestigungsart w mit einer vorteilhaften Ausführungsform der Anordnung eines kontinuierlichen Sensomandes 7, welches unter dem Schienenfuß anstelle von oder zusammen mit einer dort üblicnerweise eingebauteh eiastischen Kunststoffzwischeniage angenracnt ist. Die Scniene 1 ist mit der Beton- scnwelle 6 euren Epsnon-Sbannklemmen 3 und in Kunststoffdübe 5 eir- gedrehte Schwellenschrauben 2 κraftschιüssig verspannt. Die Betor- sonwellen sind im Bereich, des Schienenaufiagers besonders ausgesndet. In die W-förmigen Vertiefungen greifen zwei stählerne Wιnκeifünrurgs- platten 4 und sichern die Schiene gegen seitliches verscnieber. Die Scniene steht abgesenen von der kunststoffzwiscnenlage 8 (Fig. 2 und dem damit kombinierten oder anstelle dieser Kunststoffzwischeniage ein- gebauten Sensorband 7a direkt auf den Betonschwellen. Auf aas Sensor- band wirkt daher unmittelbar die Schwellengegenkraft als Reaktionskraft der beim Befahren des Gleises auftretenden Führungskräfte. Die
Schwellengegenkraft ist abhängig von der dynamischen Radlast, dem 1 . Meßstellen in größerem Abstand sind mit geringeren Kosten ver- bunden und reichen aus, um Zuglauf, Gleiszustand und Gleisfreimeldung auf freier Strecke zu überwachen.
2. Meßstellen in kleinerer, Abstand sind für die Unterscheidung einzelner Wagen, für die Überwachung des Wagengewichtes und des Wagenzustandes erfcrderlicn, insbesondere im Bahnnofsbereich. und zur Verhin derun g der Flankenfahrt an Weichen.
Die Fahrgeschwindigkeit der Fahrzeuge muß hier nicht ausschließlicn üoer Ort und Zeit wie bei anderen Gleissicherungseinri chtungen De- stimmt werden, sondern ist auch an der dynamischen Belastung des Fahrweges erkennoar. Eine nöhere Fahrgeschw indigkeit erzeugt an jeden Stelle des Fahrweges ein hö neres Belastungsprofil. Damit ist eine kontinuierliche Geschwindigkeitsmessung möglicn, die nicht auf diskrete Ortsund Zeitmessungen angewiesen ist (s. die schematisch dargestellten Sensorsignale in Fig. 3).
Auf Neubaustrecken und nach Erneuerung des Schotteroberbaus müssen gewöhnlich Geschwindigkeitsbeschränkungen eingehalten werden, da das neuverlegte Schotterbett noch nicht die volle Tragfähigkeit erreicht. Diese Geschwindigkeitsbeschränkungen können durch direkte Messung der dynamischen Fahrwegbelastung besser an den Zustand des Fahrwegs angepaßt werden.
Falls ein Gleisfehler vorllegt, in dem beispielsweise die Schwellen nohlliegen oder durch mangelnde Elastizität des Unterbaus bei Durchfanrt des Zuges eine Abweichung vom normalen Impuisdiagramm auftrtt. dassen sich Hinweise auf die Art des Fehlers und den betroffenen
StrecKenabschnitt gewinnen. Dadurch werden die
Streckenwartun gskosten gesenkt.
Em weiterer Vorteil der erfιndungsgemäßen Anordnung Desteht danin . daß die Streckenkcordinatoren SKA...SKD, welche die Meßergebnisse der Meßeinri chtungen 12 auswerten, wie in Fig. 4 dargestellt, hierarchisch vernetzt sind, so daß jeder Streckenkoordinator die Meßergebhisse men- rerer benachbarter Meßeinrichtungen auswerten und miteinander abglei- chen kann. Durch die hierarchische Vernetzung der Meßeinrichtungen Schwel lenabstand und dem Stabi l isierungsgrad des Gleises. Durch d ie erfindungsgemäße Anordnung wird d ie Sch wellengegen k raft gleichzeiti g zu r Überwachung des Zuglaufes, des Fahrzeu gzustandes, des Fahrzeuggew ichtes sowie des Gleiszustandes und der Tragfähi g keit des Unterbaus herangezogen. Um Beschädigungen zu vermeiden, ist das Sensorband 7a mit einem schlagfesten Mantel ausgerüstet.
Tritt an einer bestimmten Stel le des Fahrweges ein Gleisfeh ler auf, etwa ein Schienenbruch, wie er in Fig. 3 angenommen wird, so zei gt das Sensorsignal eine für d ie Art des Fehlers charakteristische Veränderung, welche im unteren Teil der Figur schematisch anhand eines Impulsdiagramms dargestel lt ist. Beim Passieren eines Zuges 9 werden die Sensorsignale vor der Bruchstel le stärker anstei gen und unmittel bar an der Bruchstelle 10 sprungartig abfallen. Bei normalem Gleiszustand hat man dagegen einen stetigen Signalverlauf. Gleisfehler wie hohl l iegende Schwel len und Veränderungen des Schotterbettes erzeugen ebenfal ls charakteristische Sensorsignale, aus denen neben dem Ort auch d ie Art des Gleisfehlers bestimmt werden kann. Dazu d ient der Streckenrechner 1 1 , welcher in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Solche Streckenrechner befinden sich in bestimmten Abständen längs der Strecke und erhalten ihre Signale von den Sensorkoordinatoren SKA, SKB... (s. Fig. 4), welche die einzelnen kleineren Streckenabschnitte A, B... überwachen, in dem sie die dort erzeugten Sensorsignale auffangen und für d ie
Weiterverarbeitung im Streckenrechner 1 1 aufbereiten. Die
Sensorkoordinatoren sorgen auch für d ie Stromversorgung der Sensoren bzw. Überwachung ihrer Funktion. Ein zur Überwachung geeignetes hierarchisches System ist in Fig. 4 dargestel lt.
Die Reichweite der Si gnale bedingt eine längs der Strecke d urch gefüh rte Aufteilung des Sensorbandes in Abschn itte, in welchen jewei ls d ie Signale aufbereitet bzw. mit Zwischenverstärkern verstärkt werden. Damit kann d ie Dämpfung der Sensorsignale ausgeglichen werden.
Die Abstände der Meßeinrichtungen längs der Strecke sind variabel. Sie betragen im Bahnhofsbereich weni ge Meter und können auf offener Strecke auf mehrere Kilometer ausgedehnt werden. Bei der Festlegung der Abstände werden folgende Vor- und Nachtei le berücksichtigt: wird Sicherheitsredundanz eingeführt. Bei Ausfall eines Streckenkoordinators kann ein anderer dessen Fun ktion mitübernehmen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren der Zuglauf- und Fahrwegüberwachung,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gleis (1) über seine gesamte Länge mit einem dichten, den Fahrweg lückenlos überwachenden Sensorsystem ausgestattet ist, welches kontinuierlich Ort und Geschwindigkeit aller auf der Strecke befindlichen Fahrzeuge aufnimmt und weitermeldet, ohne daß es einer Kommunikation zwischen Fahrzeug (9) und Überwachungseinrichtung oder einer von dem Fahrzeug ausgehenden aktiven Positionsmeldung bedarf.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Sensorsystem neben Ort und Geschwindigkeit der Fahrzeuge (9) auch den Zustand des Fahrwegs aufnimmt und weitermeldet, indem es das Druck- und Belastungsprofil der Schiene (1) aufnimmt und damit Elastizität und Festigkeit des Gleisunterbaus sowie die korrekte Gleislage und die Festigkeit der Schwellen (6) zu überwachen erlaubt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsystem Drucksensoren (7) aufweist, welche den Schwellengegendruck zwischen Schiene (1) und Schwelle (6) aufnehmen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsystem magnetoelastische Sensoren aufweist, welche in der Form eines kontinuierlichen Sensorbandes (7) an der Schiene (1) angebracht werden und die auf die Schiene einwirkenden Auflagerkräfte und Biegemomente aufnehmen.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorband (7a) ein kontinuierliches faseroptisches Band darstellt, welches zwischen Schiene (1) und Schwellen (6) in Verbindung mit oder an Stelle der dort eingebauten elastischen Zwischenlagen (8) geführt wird und an jeder Schwelle den
Schwellengegendruck zwischen Schiene (1) und Schwellen (6) aufnimmt. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadu rch gekennzeichnet, daß das Sensorsystem Schwingungssensoren aufweist, die die von den Radsätzen der Fahrzeuge auf die Schiene ü bertragenen elastischen Achsschwingungen aufnehmen und aus Intensität und Form dieser Schwingungen die Elastizität und Festigkeit des Gleisunterbaus, die korrekte Gleislage, sowie den Zustand der Fahrzeuge und i h rer Radsätze zu ü berwachen erlauben.
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