Beschreibung
Zugbeeinflussungseinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zugbeeinflussungseinrich- tung zum drahtlosen Übertragen von Datensignalen an ein sich im Anrückbereich mindestens eines Eisenbahnsignals befindliches Schienenfahrzeug, wobei die Datensignale den Signalbegriff des Eisenbahnsignals angeben.
Eine derartige Zugbeeinflussungseinrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 44 20 215 bekannt. Diese vorbekannte Zugbeeinflussungseinrichtung weist im Anrückbereich eines Eisenbahnsignals im Gleis verlegte Linienleiter auf, mit denen Datensignale drahtlos durch induktive Kopplung zwischen Linienleiter und einer schienenfahrzeugseitigen Empfangsantenne zum Schienenfahrzeug übermittelt werden. Die Datensignale enthalten als NutzInformation den Signalbegriff des Eisenbahnsignals und sind daher zum vorzeitigen Aufwerten von fahrteinschränkenden Signalbegriffen geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zugbeeinflussungseinrichtung anzugeben, die einen geringeren Wartungsaufwand erfordert als die vorbekannte Zugbeeinflussungseinrich- tung.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Zugbeeinflussungseinrichtung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Eisenbahnsignal eine Funkeinrichtung zuge- ordnet ist, die die Datensignale mit Funkwellen zum Schienenfahrzeug sendet, wobei die Funkeinrichtung zum Abstrahlen der Funkwellen mindestens eine Richtantenne aufweist, deren Hauptstrahlkeule in Richtung Anrückbereich ausgerichtet ist.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Zugbeeinflussungseinrichtung besteht darin, dass sie keinen streckensei- tigen Wartungsaufwand mehr erfordert, weil im Gleis keine An-
tenneneinrichtungen wie Linienleiter oder dergleichen mehr vorhanden sind. Dies wird bei der erfindungsgemäßen Zugbeeinflussungseinrichtung konkret dadurch erreicht, dass die Da- tensignale über Funk übermittelt werden. Eine Funkverbindung unterscheidet sich von der eingangs im Zusammenhang mit der vorbekannten Zugbeeinflussungseinrichtung erwähnten induktiven Kopplung von Magnetfeldern dadurch, dass die Datensignale mit „Wellen" und nicht mit „Feldern" übertragen werden. Bei der induktiven Kopplung erfolgt die Datensignalübertragung im Nahfeld der im Gleis verlegten Linienleiter, wodurch lediglich Abstände von wenigen 10 cm zwischen Linienleiter und Schienenfahrzeug überbrückt werden können; aus diesem Grunde ist es bei der vorbekannten Zugbeeinflussungseinrichtung erforderlich, dass im gesamten Anrückbereich des Eisenbahnsig- nals Linienleiter verlegt sind. Abgesehen von den dadurch bei der Installation der vorbekannten Zugbeeinflussungseinrich- tung entstehenden hohen Installationskosten führt dies auch zu einem hohen Wartungsaufwand, weil der Linienleiter im gesamten Anrückbereich regelmäßig auf seine Unversehrtheit hin kontrolliert werden muss . Im Unterschied dazu wird bei einer Übertragung mit „Wellen" - wie bei der erfindungsgemäßen Zugbeeinflussungseinrichtung - eine sehr große Sendereichweite erreicht, weil sich nämlich die Wellen von der Antenne ablösen und die Datensignalübertragung im „Fernfeld" statt im „Nahfeld" erfolgt. Aufgrund der großen Reichweite der Wellen ist bei der erfindungsgemäßen Zugbeeinflussungseinrichtung keine im Gleisbett des Anrückbereichs verlegte Antenne mehr erforderlich, wodurch der Wartungsaufwand deutlich reduziert ist; denn streckenseitige Wartungsarbeiten sind lediglich noch an der Funkeinrichtung durchzuführen und nicht mehr im gesamten Anrückbereich. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Zugbeeinflussungseinrichtung besteht darin, dass sie sehr ungefährdet ist von Vandalismus oder Diebstahl, weil nämlich im Gleis keine Linienleiter - also hochwertige Kupferleitungen - mehr verlegt sind, die gestohlen oder beschädigt werden könnten. Ein dritter wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Zugbeeinflussungseinrichtung besteht darin,
dass zum Abstrahlen der Datensignale Richtantennen vorgesehen sind; durch den Einsatz der Richtantennen wird nämlich erreicht, dass die Sendeenergie der Antenne fast ausschließlich auf den Anrückbereich des Eisenbahnsignals beschränkt wird; zum einen reduziert dies die Gefahr, dass Schienenfahrzeuge auf anderen Gleisen Datensignale empfangen und auswerten können, die eigentlich nicht für sie gedacht sind, und zum anderen wird Sendeenergie gespart, weil nur der Anrückbereich mit „Wellen" bestrahlt werden muss.
Um zu erreichen, dass die Funkeinrichtung die Datensignale möglichst ausschließlich in den „eigenen" Anrückbereich sendet - also in den Anrückbereich des zugeordneten Eisenbahnsignals - wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die mindes- tens eine Richtantenne für ihre Hauptstrahlkeule mindestens einen Antennengewinn von 10 aufweist. Unter dem Antennengewinn (G) wird dabei das Verhältnis bzw. der Quotient zwischen maximaler Strahlungsintensität (Sl) der Richtantenne in Hauptstrahlrichtung und der maximalen Strahlungsintensität (S2) einer sogenannten „isotropen" Antenne verstanden; eine isotrope Antenne ist eine Antenne, die in alle Raumrichtungen die gleiche Strahlungsintensität abgibt. Es soll also gelten:
G = S1/S2 > 10
Besonders kostengünstig sind Standard-Funkeinrichtungen wie beispielsweise DECT-, GSM-, UMTS- oder Bluetooth-Funkeinrichtungen, so dass es als vorteilhaft angesehen wird, wenn solche Standard-Funkeinrichtungen bei der erfindungsgemäßen Zug- beeinflussungseinrichtung eingesetzt werden.
Für den Fall, dass der Anrückbereich durch eine Gleisanlage mit sich verzweigenden Gleisen mit mehreren Eisenbahnsignalen gebildet ist, wird es gemäß einer Weiterbildung der erfin- dungsgemäßen Zugbeeinflussungseinrichtung als vorteilhaft angesehen, wenn jedem Eisenbahnsignal jeweils eine eigene Funkeinrichtung mit mindestens einer in Richtung des jeweiligen
Anrückbereichs ausgerichteten Richtantenne zugeordnet ist, wobei jede Funkeinrichtung Datensignale sendet, die den Signalbegriff sowie eine Signalkennung des jeweils zugeordneten Eisenbahnsignals angeben. In dem Schienenfahrzeug ist dann eine die Datensignale empfangende Empfangseinrichtung vorzusehen, die von den empfangenen Datensignale ausschließlich diejenigen Datensignale verwertet, die als Signalkennung eine das Eisenbahnsignal, auf das das Schienenfahrzeug vorrücken soll, bezeichnende Sollkennung enthalten. Ein Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass jedes Eisenbahnsignal seine eigene Funkeinrichtung aufweist und somit autark arbeiten kann.
Um sicherzustellen, dass die Schienenfahrzeuge ausschließlich die Datensignale verwerten, die sich auf ihr „Zielsignal" beziehen und keine anderen, muss den Datensignalen also jeweils eine Signalkennung beigefügt werden, die das Eisenbahnsignal, von dem sie stammen, genau bezeichnen. Dies lässt sich besonders einfach und damit vorteilhaft dadurch erreichen, dass die Signalkennung durch eine „Datenratekodierung" übertragen wird. Dies bedeutet konkret, dass jeder Funkeinrichtung als Sollkennung ein individueller Datenratewert zugeordnet ist, der sich von den Datenratewerten der übrigen Funkeinrichtungen unterscheidet, die Funkeinrichtungen derart ausgestaltet sind, dass sie die Datensignale jeweils mit der der Sollkennung entsprechenden Datenrate übertragen, und die schienenfahrzeugseitige Empfangseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie von den empfangenen Datensignalen ausschließlich diejenigen Datensignale verwertet, die mit der der Sollken- nung entsprechenden Datenrate gesendet sind.
Besonders kostengünstig und damit vorteilhaft lässt sich die erfindungsgemäße Zugbeeinflussungseinrichtung herstellen, wenn alle Funkeinrichtungen mit derselben Trägerfrequenz bzw. Sendefrequenz arbeiten, weil dann alle Funkeinrichtungen identisch aufgebaut sein können. Es wird daher als vorteilhaft angesehen, wenn alle Funkeinrichtungen derart ausgestal-
tet sind, dass sie unabhängig voneinander ihre Datensignale mit derselben Trägerfrequenz übertragen und dabei denselben Datentelegrammtyp verwenden, wobei jede Funkeinrichtung nach der vollständigen Übertragung eines Datentelegramms jeweils eine funkeinrichtungsindividuelle Sendepause einhält, während der keine Datensignale gesendet werden, und die schienenfahr- zeugseitige Empfangseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die empfangenen Datensignale nur dann auswertet, sofern diese in Zeitintervallen empfangen wurden, in denen aus- schließlich eine einzige der Funkeinrichtungen gesendet hat.
Die erfindungsgemäße Zugbeeinflussungseinrichtung lässt sich beispielsweise zum vorzeitigen Aufwerten von fahrteinschränkenden Signalbegriffen verwenden.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Datensignalen an ein sich im Anrückbereich mindestens eines Eisenbahnsignals befindliches Schienenfahrzeug, wobei die Datensignale den Signalbegriff des Eisenbahnsignals angeben.
Ein derartiges Verfahren ist aus der eingangs genannten Of- fenlegungsschrift bekannt.
Um bei einem solchen Verfahren einen geringen Wartungsaufwand der zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Komponenten zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Datensignale mit Funkwellen zum Schienenfahrzeug gesendet werden, wobei zum Abstrahlen der Funkwellen mindestens eine Richtantenne verwendet wird, deren Hauptstrahlkeule in Richtung Anrückbereich ausgerichtet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben. Die Vorteile des erfin- dungsgemäßen Verfahrens und die der vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den Vor-
teilen der erfindungsgemäßen Zugbeeinflussungseinrichtung und deren Weiterbildungen.
Zur Erläuterung der Erfindung zeigt Figur 1 eine Gleisanlage mit einem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Zugbeeinflussungseinrichtung, mit der sich auch das erfindungsgemäße Verfahren durchführen lässt, Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für ein mit der Zugbeeinflussungseinrichtung gemäß Figur 1 zu versendendes Datentelegramm und
Figur 3 Datentelegramme von Funkeinrichtungen der Zugbeeinflussungseinrichtung gemäß Figur 1 im zeitlichen Verlauf.
Die Figur 1 zeigt eine Gleisanlage 5 mit beispielsweise 4 Ei- senbahnsignalen 10, 15, 20 und 25, die jeweils einem Gleis der Gleisanlage 5 zugeordnet sind; konkret ist ein erstes Eisenbahnsignal 10 einem ersten Gleis 30, ein zweites Eisenbahnsignal 15 einem zweiten Gleis 35, ein drittes Eisenbahnsignal 20 einem dritten Gleis 40 und ein viertes Eisenbahn- signal 25 einem vierten Gleis 45 zugeordnet. Die vier Gleise 30, 35, 40 und 45 sind über drei Weichen 50, 55 und 60 mit einem Zuführgleis 70 verbunden, über das Schienenfahrzeuge zu den vier Gleisen 30, 35, 40 und 45 gelangen können. In der Figur 1 ist die Fahrtrichtung der Schienenfahrzeuge mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 80 gekennzeichnet. Im Bereich des Zuführgleises 70 ist eine Sendeeinrichtung 90 angeordnet, die beispielsweise über Funk oder über einen Linienleiter mit vorbeifahrenden Schienenfahrzeuge Informationssignale austauschen kann.
Der jeweils in Fahrtrichtung vor den Eisenbahnsignalen befindliche Gleisbereich der Gleise 30, 35, 40 und 45 soll nachfolgend Anrückbereich dieser Gleise genannt werden.
Die Eisenbahnsignale 10, 15, 20 und 25 sind jeweils mit einer Funkeinrichtung ausgestattet, die Datensignale in Richtung ihres jeweiligen Anrückbereichs sendet. Hierzu sind die Funk-
einrichtungen jeweils mit einer Richtantenne ausgestattet, die in Richtung des Anrückbereiches des zugeordneten Ξisen- bahnsignals ausgerichtet sind; dies ist in der Figur 1 durch die gestrichelt gezeichneten Hauptstrahlkeulen 140, 145, 150 und 160 der Richtantennen schematisch dargestellt.
Bei den Datensignalen, die von den Richtantennen der Eisenbahnsignale 10, 15, 20 und 25 abgestrahlt werden, handelt es sich um Datensignale, die den jeweiligen Signalbegriff des Eisenbahnsignals angeben und eine das Eisenbahnsignal bezeichnende Signalkennung enthalten.
Die Anordnung gemäß der Figur 1 kann beispielsweise zum vorzeitigen Aufwerten von fahrteinschränkenden Signalbegriffen verwendet werden, die den Schienenfahrzeugen vorher - d. h. beispielsweise auf dem Zuführgleis 70 durch die Sendeeinrichtung 90 - übertragen worden sind. Dies soll nun am Beispiel des ersten Eisenbahnsignals 10 beschrieben werden, auf das sich ein Schienenfahrzeug zubewegen soll :
Zunächst wird mit der Sendeeinrichtung 90 dem Schienenfahrzeug eine Signalkennung übermittelt, und zwar die Signalkennung von demjenigen Eisenbahnsignal, auf das sich das Schienenfahrzeug zubewegen soll. Da das Schienenfahrzeug in Rich- tung auf das erste Eisenbahnsignal 10 fahren soll, wird dem Schienenf hrzeug also ein Informationssignal mit der Signalkennung Q für dieses erste Eisenbahnsignal 10 übermittelt. Damit liegt in dem Schienenfahrzeug dann die Information vor, auf welches Eisenbahnsignal es zufahren wird.
Bei der weiteren Fahrt wird das Schienenfahrzeug dann aufgrund der entsprechenden Weichenstellung der Weichen 50, 55 und 60 auf das erste Gleis 30 und damit in den Anrückbereich des ersten Eisenbahnsignal 10 gelangen. In diesem Anrückbe- reich wird das Schienenfahrzeug mit seiner schienenfahrzeug- seitigen Empfangseinrichtung die von der Funkeinrichtung des ersten Eisenbahnsignals 10 gesendeten Datensignale empfangen;
> > t t R
LΠ o Lπ o (Jl o LΠ
P tr H1 Pi
P J (_π P>
H. tr o -
Φ J
P t ü- μ- 1 o Φ φ ti
X Jl P α H- - P 1 J li Pi r Pi μ> X
Φ LΠ to μ-
P Φ o LΠ φ co CQ μ- P
CQ Pi P
P PJ P.
PJ N
H P μ1
Φ σs
Ps" o
Pi o
Φ 3 P
CQ 3 P φ li
Φ P li - CQ
CQ Φ rt Pi tr φ PJ ii
P CO
CQ CQ td Φ μ- Pi ii co PJ μ- φ CQ P
P CQ tr CQ Φ
PJ Ω P tr tr
P μ- > co Φ μ- tr
P CQ iQ Φ rt
P P J
P) Hi P
PJ i
CQ tr li <!
N o
O φ p
P φ
CQ CQ μ-
O p
P p PJ
Pi μ- p
Φ Ω P
H tr φ
ausfiltern kann, die mit der der Signalkennung Q des ersten Eisenbahnsignals 10 entsprechenden Frequenz gesendet werden.
Statt dessen kann die Übertragung der Datensignale auch im Zeitmultiplexverfahren erfolgen; so können die Funkeinrichtungen der Eisenbahnsignale mit einem für alle Funkeinrichtungen identischen Zeittakt versorgt werden; die Funkeinrichtungen würden dann ausschließlich in den für sie fest vorgegebenen - also reservierten - Zeitschlitzen Datensignale sen- den.
Eine dritte Variante zum Übertragen der Datensignale wird nun im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 erläutert: Bei dieser dritten Variante senden alle Funkeinrichtungen ihre Datensig- nale mit derselben Trägerfrequenz, und zwar völlig unabhängig voneinander - also ohne einen zentralen Takt. Die Datensignale weisen dabei eine vorgegebene Telegramm-Struktur auf; ein Datentelegramm D mit einem Ausführungsbeispiel für eine vorgegebene Telegramm-Struktur zeigt der obere Teil der Figur 2. Das Datentelegramm D weist "1" Bits und eine Datenrate von " " auf.
Der untere Teil der Figur 2 zeigt die Übertragung der Datentelegramme D im zeitlichen Ablauf; man erkennt, dass stets n (n beispielsweise gleich 3) Telegramme direkt hintereinander gesendet werden. Anschließend wird dann eine Sendepause Δtp eingelegt, die beispielsweise dem sechsfachen der Telegrammlänge des Datentelegramms D entsprechen kann.
Die Figur 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Datensignale bzw. der Datentelegramme für alle Eisenbahnsignale 10, 15, 20 und 25; dabei ist die Zeitachse des ersten Eisenbahnsignals 10 in der Figur mit dem Begriff "Sigl", die Zeitachse des zweiten Eisenbahnsignals 15 mit dem Begriff "Sig2", die Zeit- achse des dritten Eisenbahnsignals 15 mit dem Begriff "Sig3 und die Zeitachse des vierten Eisenbahnsignals 20 mit dem Begriff "Sig4" gekennzeichnet. Man erkennt in der Figur 3,
dass die Funkeinrichtungen der Eisenbahnsignale 10, 15, 20 und 25 ihre Datensignale bzw. ihre Datentelegramme D mit unterschiedlichen Datenraten senden; jeder Funkeinrichtung ist nämlich eine eigene Datenrate zugeordnet, die sich von der Datenrate der übrigen Funkeinrichtungen unterscheidet. Die Datenrate der Datentelegramme dient dabei als Signalkennung für die jeweilige Funkeinrichtung bzw. für das jeweilige Eisenbahnsignal .
Die Tatsache, dass sich die Datenraten unterscheiden, führt dazu, dass sich die Datentelegramme D der einzelnen Funkeinrichtungen im zeitlichen Verlauf gegeneinander verschieben; so zeigt die Figur 3, dass es bereits nach einer Zeitdauer, die nur wenigen Telegrammlängen des Datentelegramms D ent- spricht, zu Zeitintervallen Δtl, Δt2 , Δt3 , Δt4, Δt5 kommt, in denen ausschließlich nur eine einzige Funkeinrichtung sendet; und zwar selbst dann, wenn - wie in der Figur 3 gezeigt - die vier Funkeinrichtungen zu einem Zeitpunkt t=0 "im Takt senden". Die Häufigkeit dieser Zeitintervalle Δtl, Δt2 , Δt3 , Δt4, Δt5 bzw. der zeitliche Abstand zwischen den Zeitintervallen hängt ab von der Anzahl der Funkeinrichtungen bzw. der Eisenbahnsignale, von der Telegrammlänge - also der Anzahl "n" der Bits der Datentelegramme D -, von der Länge der Sendepausen zwischen den Datentelegrammen und von den Datenraten "m" der Funkeinrichtungen bzw. von dem Verhältnis der Datenraten zueinander .
Ein im Anrückbereich des Eisenbahnsignals 10 befindliches Schienenfahrzeug wird also - wegen der teilweisen räumlichen Überlappung der Sendebereiche der Funkeinrichtungen - während des Vorrückens auf das Eisenbahnsignal 10 zum Teil die Datensignale mehrerer verschiedener Funkeinrichtungen gleichzeitig empfangen; dies führt aufgrund der Identität der Sendefre- quenz bzw. Trägerfrequenz der Funkeinrichtungen dazu, dass die empfangenen Datentelegramme nicht verwertbar sind. Das Schienenfahrzeug muss also auf die Zeitintervalle Δtl, Δt2 , Δt3, Δt4, Δt5 warten, in denen ausschließlich eine einzige
Funkeinrichtung sendet. Ist dies der Fall, so misst die schienenfahrzeugseitige Empfangseinrichtung gemäß einem beliebigen Datenratemessverfahren die Datenrate, mit der das empfangene Datentelegramm gesendet wurde. Entspricht dann die gemessene Datenrate der vorgegebenen Datenrate, die durch die von der Sendeeinrichtung 90 übermittelte Signalkennung festgelegt bzw. vorgegeben ist, so verwertet das Schienenfahrzeug das empfangene Datentelegramm; andernfalls wird es verworfen. Im letztgenannten Fall muss das Schienenfahrzeug dann auf das nächste Zeitintervall warten, in dem wieder ein einziges Datentelegramm gesendet wird.