WO2003029059A1 - Elektronischer entgleisungsdetektor - Google Patents

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WO2003029059A1
WO2003029059A1 PCT/EP2002/010855 EP0210855W WO03029059A1 WO 2003029059 A1 WO2003029059 A1 WO 2003029059A1 EP 0210855 W EP0210855 W EP 0210855W WO 03029059 A1 WO03029059 A1 WO 03029059A1
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WO
WIPO (PCT)
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derailment detector
signal
derailment
detector according
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/010855
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Linsenmeyer
Original Assignee
Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T7/00—Brake-action initiating means
    • B60T7/12—Brake-action initiating means for automatic initiation; for initiation not subject to will of driver or passenger
    • B60T7/124—Brakes for railway vehicles coming into operation in case of accident, derailment or damage of rolling stock or superstructure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18—Safety devices; Monitoring
    • B60T17/22—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices
    • B60T17/228—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices for railway vehicles

Definitions

  • the invention relates to a derailment detector which is arranged in a housing for attachment to a vehicle. Furthermore, the invention relates to a brake system with a derailment detector and a vehicle with a brake system, furthermore to a method for generating an emergency brake signal.
  • Derailment detectors are used in derailment detection systems, especially in rail vehicles. When operating rail vehicles, especially heavy freight trains, a vehicle wheel may derail without being noticed. As a result, great damage can occur to both the rail vehicle and the track structure. To avoid such situations, derailment detectors are used, which enable automatic rapid braking or emergency braking, in order to prevent greater damage.
  • Known derailment detectors operate essentially mechanically and have a complex structure.
  • EP 0734925 A1 describes a mechanical derailment detector for rail vehicles, in which a trigger mechanism which is effective in the event of derailment, wheel or axle breakage, etc. is provided in a housing and is capable of venting the brake line for the purpose of braking.
  • the trigger mechanism comprises a weight body, which has an extension in the form of a valve body and is clamped by a spring in the direction of a valve seat in the connection between a chamber and an air outlet and is moved from its rest position in the event of a derailment and thus vents the main air line.
  • the object of the invention is therefore to provide an arrangement which is simple in construction, ensures reliable detection of a derailment, can be easily retrofitted and is inexpensive to manufacture.
  • a derailment detector which is arranged in particular in a housing for fastening to a vehicle and in which a sensor is provided, by means of which an electrical signal can be generated when forces occur that act essentially vertically to the surface of the vehicle being driven on, which is provided for feeding to a signal processing unit and for generating an output signal.
  • the invention is based on the idea that in the case of derailments of rail vehicles, very strong forces acting vertically to a surface being driven occur, which are only characteristic of a derailment of a rail vehicle and the amount of which enables a clear statement about a derailment.
  • the derailment detector has a sensor which, by means of the vertically acting forces which are characteristic of a derailment, generates an electrical signal which is fed to an n signal processing unit assigned to the sensor.
  • the electrical signal generated by the sensor is subjected to an amplification or level adjustment in the signal processing unit.
  • the electrical signal After the electrical signal has been amplified, it is fed to a comparison unit, which carries out a comparison with an adjustable threshold value and generates an output signal. This Output signal is generated depending on the comparison result.
  • the output signal assumes a level which is referred to as a normal signal.
  • an output signal referred to as an emergency braking signal is emitted by the derailment detector, which clearly differs from the level or the signal form of the normal signal.
  • the derailment detector generates only two output signals, as a result of which the structure of the signal processing unit can be designed in a simple manner.
  • the output signal of a brake system of a vehicle is fed to trigger emergency braking. This makes it possible to trigger emergency braking directly from the output signal of the derailment detector.
  • At least one adjustable delay element is contained in the signal processing unit.
  • the delay time of the delay element is adjustable.
  • the derailment detector can automatically emit a normal signal again after an emergency brake signal has been issued and definable states have occurred. This has the advantage that after derailment, not all derailment detectors have to be reset manually. For example, the speed and the lack of vertical forces can be monitored as definable states. In this way, the derailment detector is automatically reset when the vehicle is stationary.
  • the surface used by the vehicle can be before being monitored.
  • This additional detection unit can be implemented by a camera or a photosensor.
  • the detection unit generates a signal as a function of the flatness of the surface when the rail bed is passed over, so that the threshold value in comparison with the generation of the emergency brake signal and / or the automatic reset behavior of the derailment detector are advantageously influenced thereby.
  • the condition that the detection unit supplies can also be used to lower the threshold value, since, for example, the derailment that occurs when driving over roadbeds means that the forces are lower than when derailing on a rail bed, in which the rails are connected by means of sleepers , so that the threshold value must be reduced in order to reliably detect a derailment.
  • the detection unit can reduce the threshold value for the time in which the wheel or the wagon to which the derailment detector is assigned rolls over the road bed, so that during a derailment, the comparison also results in an emergency brake signal.
  • the condition of the surface being traveled on and / or the level of the threshold value for the comparison can be used so that the derailment detector is not automatically reset. This ensures that the derailment detector is automatically reset only in safe cases.
  • the senor comprises a hollow body for receiving a magnet movable in the hollow body, a coil being assigned to the hollow body.
  • the magnet is moved in the hollow body by the vertically acting forces and induces a voltage in the associated coil.
  • the hollow body can be designed as a tube in which there is a vertically movable round bar magnet.
  • the sensor is arranged on the axle bearing housing or bogie frame in such a way that when vertically acting forces occur, the magnet induces a voltage in the coil due to the vertical movements, which is fed to the signal processing unit.
  • the mobility of the bar magnet within the hollow space wrapped with the coil body also influences the sensitivity of the sensor, as does the coordination between the coil and the magnet.
  • the sensitivity is also influenced by the choice of the material forming the hollow body.
  • This sensor has a very simple design and can be easily adapted to the application requirements due to the properties described above.
  • the simple structure entails the required susceptibility to interference, but at the same time reliable detection of a derailment is ensured.
  • Another advantage results from the possibility of encapsulating the sensor and the signal processing unit in one housing, so that, depending on the requirements of the derailment detector, only one supply voltage and the threshold value, if it should be adjustable, have to be supplied from the outside.
  • the derailment detector preferably generates a binary output signal, so that this output signal can be integrated into existing control systems of rail vehicles, which makes it easy to retrofit without complex mechanical adjustments.
  • the realization of the derailment detector without components, which have to be specially manufactured for this, enables economical manufacture.
  • the signal processing unit generates more than two different signals. Intermediate levels are defined for the output signal, which, for example, indicate to the driver of the vehicle a danger from a bad track bed or changes to the wheel treads or wheel flanges of the wheels of the car.
  • the threshold value is determined as a function of the type of vehicle. It is conceivable that passenger trains are operated with a higher sensitivity of the sensor and a lower threshold value, since these are usually moved at higher speeds than freight trains. Likewise, the loading condition of a freight train be taken into account when setting the threshold value and / or the delay time of the delay element.
  • the signal processing unit is preferably arranged in an external housing. Furthermore, the signal processing unit is preferably provided as a computer program product or part of a computer program product, in particular software or part of software in a brake control system.
  • the problem is also solved with a brake system with a derailment detector according to one of the claims, or with a protruding derailment detector.
  • the object is also achieved by a vehicle which is equipped with a brake system with a derailment detector according to one of claims 1 to 10 or as described above.
  • the object is also achieved with a method for generating an emergency brake signal, in which a derailment detector according to the invention, which has been described above, or according to claims 1 to 10, generates an output signal which is fed to a brake system for triggering emergency braking.
  • Fig. 2b detailed construction of the sensor in a sectional view and Fig.3 circuit for signal processing unit.
  • Figure 1 shows a block diagram of the derailment detector 1.
  • This consists of a sensor 2 and a signal processing unit 3, which are arranged in a housing 4 for attachment to a vehicle.
  • the signal processing unit 3 comprises an amplifier 31 for raising or adjusting the level of the signal 21 generated by the sensor 3, a delay element 32 and a comparison unit 33.
  • the comparison unit 33 contains a comparator 331, to which the signal 321 and the adjustable threshold value 36 are fed. The comparison result is output as the output signal 37 of the derailment detector 1.
  • the threshold value 36 or the delay time t ⁇ can be influenced.
  • This additional detection unit 38 can be located at a suitable location on the vehicle and does not have to be connected directly to the derailment detector 1.
  • the detection unit 38 can also supply several derailment detectors 1 with this state.
  • This additional detection unit 38 can be implemented by a simple camera or a photo sensor, which are able to obtain reliable information about the condition of the surface being traveled on.
  • the state which the detection unit picks up can also be fed to a control system located in the vehicle which changes the threshold value or the delay time t z .
  • the derailment detector 1 can alternatively consist only of the sensor 2, while the signal processing unit 3 is locally separated from the derailment detector. tector 1 can be arranged.
  • the signal processing unit 3 can also be in a
  • Evaluation unit or be housed in the brake control system.
  • the detection unit 38 would be housed in a different location.
  • the signal processing unit can also be implemented as a software solution in a brake control system.
  • An electrical connection line from the bogie or wheel set or wheel frame to the vehicle could, for example, carry the electrical signal 21 or the output signal 37.
  • Figure 2a shows a basic structure of a sensor 2, which is used in derailment detector 1 according to the invention.
  • a magnetic or metallic object 22, which is preferably round, is moved up and down in a hollow body 23, whose shape is adapted to the shape of the object 22, when vertically acting forces occur.
  • the hollow body is wrapped by a coil 25. In this coil, when the object is moved up and down, a voltage 24 is generated which is supplied to the signal processing unit 3 as a signal 21.
  • Figure 2b shows the sensor 2 in a sectional view from the side and in a view from above.
  • the object is designed here as a magnet 22 which moves in the direction of the arrows when vertically acting forces occur in the hollow body 23, which is designed here as a tube.
  • the ends of the tube 23, which is made of brass, for example, are designed in such a way that the magnet 22 is prevented from sliding out.
  • the tube 23 is wrapped by a coil 25, for example made of copper wire.
  • the sensor 2 is not susceptible to horizontal forces in the longitudinal or transverse direction to the vehicle, so that the output signal is not influenced by such forces.
  • the sensor 2 which is also referred to as a shaking pipe, is arranged vertically to the wheel set, so that in the event of derailment, vertical vibrations of the wheel set cause the round magnet 22 in the tube 23 to move violently due to its inertia and changing acceleration forces acting on it, and as a result result in a voltage 24 is induced in the coil 25.
  • This voltage 24 is irregular and is processed in the signal processing unit 3 to an output signal 37.
  • FIG. 3 shows an implementation of a circuit for the signal processing unit 3.
  • An operational amplifier 313 converts the signal 21 generated by the sensor 2 into a defined level.
  • a downstream delay element 32 suppresses the signal edge by a time X ⁇ to suppress signal peaks.
  • the delay time tZ is dimensioned such that a reliable statement is made as to whether derailment is taking place.
  • the comparison unit 33 contains, as a comparator 331, an operational amplifier to which the signal 321 and the threshold value 36 are fed. This comparator 331 generates a binary signal which represents the output signal 37. This output signal 37 is then fed, for example, to a vehicle computer or a control system of the vehicle's braking system.
  • the delay time tZ is determined by the adjustable resistor R z and a capacitor C1.
  • R3 / R4 is to be adapted to the sensor 2 and represents the delay element 32 with R z and C1.
  • the threshold value 36 for the comparison is fixed here by the resistance ratio R5 / R6.
  • the circuit shown in FIG. 3 is also functional if the components have different values or other components with similar functions are used. In the case of other components with similar functions, an adjustable resistor, such as a potentiometer instead of a fixed resistor, should be considered in particular. Furthermore, other components such as transistor circuits can also be used as operational amplifiers.
  • a derailment detector according to the invention can optionally be arranged on each wheel. It is also possible to arrange one derailment detector per axle or rotating frame. Rail vehicles usually have a central pneumatic braking system, in which a central ventilation system is used Main air line braking is carried out. In a braking system, the output signal generated by the derailment detector can act directly on electromechanical actuators which vent the main air line by means of a coupled valve, which makes it possible to brake the entire train when a wagon is derailed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Entgleisungsdetektor (1), der in einem Gehäuse (4) zur Befestigung an einem Fahrzeug angeordnet ist. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Bremsanlage mit einem Entgleisungsdetektor (1) und ein Fahrzeug mit einer Bremsanlage, ferner ein Verfahren zur Erzeugung eines Notbremssignals. Um einen einfachen, zuverlässigen, in seiner Herstellung günstigen Entgleisungsdetektor (1) anzugeben, der einfach an bestehenden Fahrzeugen nachrüstbar und integrierbar ist, wird ein Entgleisungsdetektor vorgeschlagen, der in einem Gehäuse (4) zur Befestigung an einem Fahrzeug angeordnet ist und bei dem ein Sensor (2) bei Auftreten von zur befahrenen Oberfläche des Fahrzeuges im wesentlichen vertikal wirkenden Kräften ein elektrisches Signal (21) erzeugt, welches zur Zuführung zu einer Signalverarbeitungseinheit (3) und zur Erzeugung eines Ausgangssignals (37) vorgesehen ist.

Description

Elektronischer Entgleisungsdetektor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Entgleisungsdetektor, der in einem Gehäuse zur Befestigung an einem Fahrzeug angeordnet ist. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Bremsanlage mit einem Entgleisungsdetektor und ein Fahrzeug mit einer Bremsanlage, ferner ein Verfahren zur Erzeugung eines Notbremssignals.
Entgleisungsdetektoren werden in Entgleisungsmeldesystemen insbesondere in Schienenfahrzeugen eingesetzt. Beim Betrieb von Schienenfahrzeugen, insbesondere schweren Güterzügen, kann es vorkommen, daß ein Fahrzeugrad entgleist, ohne daß dies zunächst bemerkt wird. Als Folge davon kann großer Schaden sowohl am Schienenfahrzeug als auch am Gleisaufbau entstehen. Zur Vermeidung derartiger Situationen werden Entgleisungsdetektoren eingesetzt, welche automatische Schnellbremsungen oder Notbremsungen ermöglichen, um hierdurch größere Schäden abzuwenden.
Bekannte Entgleisungsdetektoren arbeiten im wesentlichen mechanisch und weisen eine komplexe Struktur auf.
In der EP 0734925 A1 wird ein mechanischer Entgleisungsdetektor für Schienenfahrzeuge beschrieben, bei dem in einem Gehäuse ein im Entgleisungsfall, bei Radoder Achsenbruch etc. Fehlfunktionen zur Wirkung gelangender Auslösemechanismus vorgesehen ist, welcher zum Zwecke der Abbremsung die Bremsleitung zu entlüften vermag. Der Auslösemechanismus umfaßt einen Gewichtskörper, welcher einen Fortsatz in Form eines Ventilkörpers aufweist und durch eine Feder in Richtung eines Ventilsitzes in der Verbindung zwischen einer Kammer und einem Luftauslaß verspannt ist und bei einer Entgleisung aus seiner Ruhelage bewegt wird und somit die Hauptluftleitung entlüftet.
Derartige mechanisch arbeitende Entgleisungsdetektoren sind in ihrer Herstellung kostenintensiv. Außerdem bedürfen mechanisch arbeitende Entgleisungsdetektoren einer regelmäßigen Wartung, da Komponenten verwendet werden, die großem Ver- schleiß unterliegen. Ein Nachrüsten von Schienenfahrzeugen mit derartigen Entgleisungsdetektoren ist sehr aufwendig und kostenintensiv.
Bisherige bekannte elektronische Lösungen zur Detektion von Entgleisungen auf Basis von Beschleunigungssensoren konnten bei den im Betrieb auftretenden Kräften im Rad/Schiene-Bereich nicht die erforderliche Zuverlässigkeit erreichen und haben Fehlauslösungen von Notbremsungen verursacht, die im Bahnbetrieb erhebliche Auswirkungen nach sich ziehen und nicht vertretbare Kosten verursachen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung anzugeben, die einfach aufgebaut ist, eine zuverlässige Detektion einer Entgleisung sicherstellt, einfach nachrustbar ist und in den Herstellungskosten günstig ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Entgleisungsdetektor gelöst, der insbesondere in einem Gehäuse zur Befestigung an einem Fahrzeug angeordnet ist und bei dem ein Sensor vorgesehen ist, mittels dem bei Auftreten von zur befahrenen Oberfläche des Fahrzeuges im wesentlichen vertikal wirkenden Kräften ein elektrisches Signal erzeugbar ist, welches zur Zuführung zu einer Signalverarbeitungseinheit und zur Erzeugung eines Ausgangssignals vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, daß bei Entgleisungen von Schienenfahrzeugen sehr starke vertikal zu einer befahrenen Oberfläche wirkende Kräfte auftreten, die ausschließlich charakteristisch für eine Entgleisung eines Schienenfahrzeuges sind und deren Höhe eine eindeutige Aussage über eine Entgleisung ermöglicht.
Dazu weist der Entgleisungsdetektor einen Sensor auf, der durch die für eine Entgleisung charakteristischen vertikal wirkenden Kräfte ein elektrisches Signal erzeugt, das einer dem Sensor zugeordnet n Signalverarbeitungseinheit zugeführt wird. In der Signalverarbeitungseinheit wird das vom Sensor erzeugte elektrische Signal einer Verstärkung oder Pegelanpassung unterzogen. Nach der Verstärkung des elektrischen Signals wird dieses einer Vergleichseinheit zugeführt, die einen Vergleich mit einem einstellbaren Schwellwert vornimmt und ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis erzeugt. Im Normalzustand, wenn das Fahrzeug nicht entgleist ist, nimmt das Ausgangssignal einen Pegel ein, der als Normalsignal bezeichnet wird. Ergibt der Vergleich zwischen dem vom Sensor erzeugten Signal und dem Schwellwert, daß das Signal über dem Schwellwert liegt, wird ein als Notbremssignal bezeichnetes Ausgangssignal vom Entgleisungsdetektor abgegeben, welches sich vom Pegel oder der Signalform des Normalsignals eindeutig unterscheidet. Der Entgleisungsdetektor erzeugt in einer vorteilhaften Ausgestaltung nur zwei Ausgangssignale, wodurch der Aufbau der Signalverarbeitungseinheit einfach gestaltet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Ausgangssignal einer Bremsanlage eines Fahrzeuges zur Auslösung einer Notbremsung zugeführt. Dadurch wird es ermöglicht, direkt aus dem Ausgangssignal des Entgleisungsdetektors eine Notbremsung auszulösen.
Um die Empfindlichkeit des Entgleisungsdetektor einstellbar zu gestalten, ist in der Signalverarbeitungseinheit wenigstens ein einstellbares Verzögerungsglied enthalten. Durch das Überfahren von Weichen können kurzzeitig starke vertikal wirkende Kräfte auftreten, die einen Signalpegel in der Signalverarbeitungseinheit hervorrufen können, der nach einem Vergleich ein Notbremssignal auslösen würde. Durch das Verzögerungsglied werden diese Signalspitzen unterdrückt, wodurch ein zu schnelles Auslösen einer Notbremsung verhindert wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes einstellbar.
Der Entgleisungsdetektor kann in einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung nach Ausgabe eines Notbremssignals und dem Eintreten festlegbarer Zustände automatisch wieder ein Normalsignal abgeben. Dies hat den Vorteil, daß nach einem Entgleisen nicht alle Entgleisungsdetektoren manuell zurückgesetzt werden müssen. Als festlegbare Zustände können beispielsweise die Geschwindigkeit und das Fehlen der vertikalen Kräfte überwacht werden. Auf diese Weise wird der Entgleisungsdetektor automatisch zurückgesetzt, wenn das Fahrzeug steht.
Weiterhin kann mittels einer zusätzlichen Erfassungseinheit die befahrene Oberflä- ehe überwacht werden. Diese zusätzlichen Erfassungseinheit kann durch eine Kamera oder einen Photosensor realisiert sein. Die Erfassungseinheit generiert beim Überfahren des Schienenbettes ein Signal in Abhängigkeit der Ebenheit der Oberfläche, so daß dadurch in vorteilhafter Weise der Schwellwert beim Vergleich zur Erzeugung des Notbremssignals und/oder das automatische Rücksetzverhalten des Entgleisungsdetektor beeinflußt werden. Beispielsweise kann der Zustand, den die Erfassungseinheit liefert, auch dazu benutzt werden, den Schwellwert herabzusetzen, da beispielsweise bei Entgleisungen, die beim Überfahren von Straßenbettungen auftreten, die Kräfte geringer sind, als beim Entgleisen auf einem Schienenbett, bei dem die Schienen mittels Schwellen verbunden sind, so daß der Schwellwert herabgesetzt werden muß, um zuverlässig eine Entgleisung zu detektie- ren. Dazu kann die Erfassungseinheit für die Zeit, in der das Rad oder der Waggon, dem der Entgleisungsdetektor zugeordnet ist, über das Straßenbett rollt, den Schwellwert herabsetzen, so daß während einer Entgleisung auch hier der Vergleich ein Notbremssignal zur Folge hat.
Gleichzeitig kann in einem derartigen Fall der Zustand der befahrenen Oberfläche und/oder die Höhe des Schwellwertes für den Vergleich, dazu benutzt werden, daß der Entgleisungsdetektor nicht automatisch zurückgesetzt wird. Dadurch wird sichergestellt, daß ein automatischen Zurücksetzen des Entgleisungsdetektors auch nur in sicheren Fällen vorgenommen wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Sensor einen Hohlkörper zur Aufnahme eines in dem Hohlkörper beweglichen Magneten, wobei dem Hohlkörper eine Spule zugeordnet ist. Der Magnet wird durch die vertikal wirkenden Kräfte in dem Hohlkörper bewegt und induziert in der zugeordneten Spule eine Spannung. Der Hohlkörper kann als Röhrchen ausgebildet sein, in dem sich ein vertikal beweglicher Rundstabmagnet befindet. Der Sensor ist dabei derart am Achslagergehäuse oder Drehgestellrahmen angeordnet, daß bei Auftreten von vertikal wirkenden Kräften der Magnet durch die vertikalen Bewegungen eine Spannung in der Spule induziert, die der Signalverarbeitungseinheit zugeführt wird.
Die Beweglichkeit des Stabmagneten innerhalb des mit der Spule umwickelten Hohl- körpers hat ebenso Einfluß auf die Empfindlichkeit des Sensors, wie die Abstimmung zwischen Spule und Magnet. Durch die Wahl des den Hohlkörper bildenden Materials wird auch die Empfindlichkeit beeinflußt.
Dieser Sensor ist sehr einfach aufgebaut und kann durch die oben beschriebenen Eigenschaften einfach an die Einsatzerfordernisse angepaßt werden. Der einfache Aufbau zieht die erforderliche Störunanfälligkeit nach sich, gleichzeitig wird trotzdem eine zuverlässige Detektion einer Entgleisung sichergestellt.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Möglichkeit den Sensor und die Signalverarbeitungseinheit in einem Gehäuse zu verkapseln, so daß je nach Anforderung an den Entgleisungsdetektor nur eine Versorgungsspannung und der Schwellwert, sofern er einstellbar sein soll, von außen zugeführt werden müssen. Dadurch wird der Entgleisungsdetektor wartungsfrei. Es wird nur ein Ausgang benötigt, über den das Ausgangssignal der Bremsanlage oder einem Steuersystem zugeführt wird. Der Entgleisungsdetektor generiert vorzugsweise ein binäres Ausgangssignal, so daß dieses Ausgangssignal in bestehende Steuersysteme von Schienenfahrzeugen eingebunden werden kann, wodurch eine einfache Nachrüstbarkeit ohne aufwendiges mechanisches Anpassen vorgenommen werden kann. Die Realisierung des Entgleisungsdetektor ohne Bauelemente, die speziell dafür gefertigt werden müssen, ermöglicht eine kostengünstige Herstellung.
In einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung erzeugt die Signalverarbeitungseinheit mehr als zwei unterschiedliche Signale. Dabei werden Zwischenpegel für das Ausgangssignal definiert, die beispielsweise dem Fahrzeugführer eine Gefahr durch ein schlechtes Gleisbett oder Veränderungen an den Radlaufflächen oder Spurkränzen der Räder des Wagens anzeigen.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung wird der Schwellwert in Abhängigkeit der Art des Fahrzeuges festgelegt. Dabei ist es denkbar, das Personenzüge mit einer höheren Empfindlichkeit des Sensors und einem niedrigeren Schwellwert betrieben werden, da diese meist mit höheren Geschwindigkeiten bewegt werden als Güterzüge. Ebenso kann der Beladungszustand eines Güterzuges beim Festlegen des Schwellwertes und/oder der Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes berücksichtigt werden.
Vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinheit in einem externen Gehäuse angeordnet. Ferner vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinheit als ein Computerprogrammprodukt bzw. ein Teil eines Computerprogrammproduktes, insbesondere eine Software bzw. ein Teil einer Software in einem Bremssteuersystem vorgesehen.
Die Aufgabe wird auch mit einer Bremsanlage mit einem erfindungsgemäßen Entgleisungsdetektor nach einem der Ansprüchen gelöst, bzw. mit einem vorstehenden Entgleisungsdetektor gelöst.
Die Aufgabe wird auch durch ein Fahrzeug gelöst, welches mit einer Bremsanlage mit einem Entgleisungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bzw. wie vorstehend beschrieben ist, ausgerüstet ist.
Die Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zur Erzeugung eines Notbremssignals gelöst, bei dem ein erfindungsgemäßer Entgleisungsdetektor, der vorstehend beschrieben wurde, bzw. nach den Ansprüchen 1 bis 10, ein Ausgangssignal erzeugt, welches einer Bremsanlage zur Auslösung einer Notbremsung zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedanken anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bzgl. der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:
Fig.1 Blockschaltbild des Entgleisungsdetektor,
Fig. 2a prinzipieller Aufbau des Sensors,
Fig. 2b detaillierter Aufbau des Sensors in Schnittdarstellung und Fig.3 Schaltung für Signalverarbeitungseinheit.
In den Figuren und der folgenden Figurenbeschreibung sind gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, so daß von einer erneuten Vorstellung jeweils entsprechend abgesehen wird.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild des Entgleisungsdetektor 1. Dieser besteht aus einem Sensor 2 und einer Signalverarbeitungseinheit 3, die in einem Gehäuse 4 zur Befestigung an einem Fahrzeug angeordnet sind. Die Signalverarbeitungseinheit 3 umfaßt einen Verstärker 31 zur Pegelanhebung oder -anpassung des vom Sensor 3 erzeugten Signals 21 , ein Verzögerungsglied 32 und eine Vergleichseinheit 33. Mittels des Verzögerungsgliedes 32 werden Signalspitzen im vom Sensor 2 erzeugten Signal 21 unterdrückt, die durch Störungen oder kurzzeitig auftretende Kräfte hervorgerufen werden, aber die keine Entgleisung als Ursache haben. Die Vergleichseinheit 33 enthält einen Vergleicher 331 , dem das Signal 321 und der einstellbare Schwellwert 36 zugeführt werden. Das Vergleichsergebnis wird als Ausgangssignal 37 des Entgleisungsdetektors 1 abgegeben.
Mittels eines von einer zusätzliche Erfassungseinheit 38 aufgenommenen Zustandes kann auf den Schwellwert 36 oder die Verzögerungszeit tχ eingewirkt werden. Diese zusätzliche Erfassungseinheit 38 kann sich dabei an geeigneter Stelle an dem Fahrzeug befinden und muß nicht direkt mit dem Entgleisungsdetektor 1 verbunden sein. Die Erfassungseinheit 38 kann auch mehrere Entgleisungsdetektoren 1 mit diesem Zustand versorgen. Diese zusätzliche Erfassungseinheit 38 kann durch eine einfache Kamera oder einen Photosensor realisiert werden, die in der Lage sind eine zuverlässig Aussage über den Zustand der befahrenen Oberfläche zu erhalten. Der Zustand den die Erfassungseinheit aufnimmt, kann auch einem im Fahrzeug befindlichen Steuersystem zugeführt werden, welches die Änderung des Schwellwertes o- der der Verzögerungszeit tz vornimmt.
Der Entgleisungsdetektor 1 kann alternativ auch nur aus dem Sensor 2 bestehen, während die Signalverarbeitungseinheit 3 örtlich getrennt von dem Entgleisungsde- tektor 1 angeordnet sein kann. Die Signalverarbeitungseinheit 3 kann auch in einer
Auswerteeinheit oder im Bremssteuersystem untergebracht sein. In diesem Fall wäre die Erfassungseinheit 38 räumlich an einem anderen Ort untergebracht. Die Signalverarbeitungseinheit kann in einem Bremssteuersystem auch als Softwarelösung realisierbar sein.
Eine elektrische Verbindungsleitung vom Drehgestell bzw. Radsatz oder Radgestell zum Fahrzeug könnte beispielsweise das elektrische Signal 21 oder das Ausgangssignal 37 führen.
Figur 2a zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines Sensors 2, der im erfindungsgemäßen Entgleisungsdetektor 1 benutzt wird. Ein magnetischer oder metallischer Gegenstand 22, der vorzugsweise rund ist, wird in einem Hohlkörper 23, der in seiner Form der Form des Gegenstandes 22 angepaßt ist, beim Auftreten vertikal wirkender Kräfte auf- und abbewegt. Der Hohlkörper ist von einer Spule 25 umwickelt. In dieser Spule wird beim Auf- und Abbewegen des Gegenstandes eine Spannung 24 erzeugt, die als Signal 21 der Signalverarbeitungseinheit 3 zugeführt wird.
Figur 2b zeigt den Sensor 2 in einer Schnittdarstellung von der Seite und in der Ansicht von oben. Der Gegenstand ist hier als Magnet 22 ausgebildet, der sich in Richtung der Pfeile beim Auftreten vertikal wirkender Kräfte in dem Hohlkörper 23, welcher hier als Rohr ausgeführt ist, bewegt. Die Enden des Rohres 23, das beispielsweise aus Messing ausgebildet ist, sind derart ausgebildet, das ein Herausgleiten des Magneten 22 verhindert wird. Das Rohr 23 ist von einer Spule 25, beispielsweise aus Kupferdraht, umwickelt. Der Sensor 2 ist unanfällig gegen Horizontalkräfte in Längs- oder Querrichtung zum Fahrzeug, so daß durch derartige Kräfte keine Beeinflussung des Ausgangssignals hervorgerufen wird.
Der Sensor 2, der auch als Shakingpipe bezeichnet wird, ist vertikal zum Radsatz angeordnet, so daß bei einer Entgleisung entstehende Vertikalschwingungen des Radsatzes den Rundmagneten 22 im Rohr 23 auf Grund seiner Massenträgheit und auf ihn wirkenden wechselnden Beschleunigungskräfte in heftige Bewegungen versetzten und daraus resultierend in der Spule 25 eine Spannung 24 induziert wird. Diese Spannung 24 ist unregelmäßig und wird in der Signalverarbeitungseinheit 3 zu einem Ausgangssignal 37 verarbeitet.
Figur 3 zeigt eine Realisierung einer Schaltung für die Signalverarbeitungseinheit 3. Ein Operationsverstärker 313 wandelt das vom Sensor 2 erzeugte Signal 21 in einen definierten Pegel um. Ein nachgeschaltetes Verzögerungsglied 32 unterdrückt die Signalflanke um eine Zeit Xχ, um Signalspitzen zu unterdrücken. Die Verzögerungszeit tZ ist dabei so bemessen, daß eine zuverlässige Aussage getroffen wird, ob eine Entgleisung stattfindet. Die Vergleichseinheit 33 enthält als Vergleicher 331 einen Operationsverstärker, dem das Signal 321 und der Schwellwert 36 zugeführt werden. Dieser Vergleicher 331 erzeugt ein Binärsignal, welches das Ausgangssignal 37 darstellt. Dieses Ausgangssignal 37 wird dann beispielsweise einem Fahrzeugrechner oder einem Steuersystem der Bremsanlage des Fahrzeugs zugeführt.
In dieser Schaltung ist die Verzögerungszeit tZ durch den einstellbaren Widerstand Rz und einen Kondensator C1 festgelegt. Das Widerstandsverhältnis R1/R2 sowie
R3/R4 ist an den Sensor 2 anzupassen und stellt mit Rz und C1 das Verzögerungsglied 32 dar. Der Schwellwert 36 für den Vergleich ist hier durch das Widerstandsverhältnis R5/R6 fest eingestellt.
Die in Figur 3 dargestellte Schaltung ist auch funktionabel, wenn die Bauteile andere Werte aufweisen oder andere Bauteile mit ähnlichen Funktionen Verwendung finden. Bei anderen Bauteilen mit ähnlichen Funktionen sei insbesondere an einem einstellbaren Widerstand wie beispielsweise ein Potentiometer anstelle eines Festwiderstands zu denken. Ferner können auch andere Bauteile als Operationsverstärker Verwendung finden wie beispielsweise Transistorschaltungen.
Ein erfindungsgemäßer Entgleisungsdetektor kann gegebenenfalls an jedem Rad angeordnet werden. Ebenso ist es möglich, einen Entgleisungsdetektor pro Achse oder Drehrahmengestell anzuordnen. Schienenfahrzeuge verfügen meist über eine zentrale pneumatische Bremsanlage, bei der durch ein Entlüften einer zentralen Hauptluftleitung eine Bremsung vorgenommen wird. Das vom Entgleisungsdetektor generierte Ausgangssignal kann bei einer Bremsanlage direkt auf elektromechani- sche Aktuatoren wirken, die mittels eines gekoppelten Ventils die Hauptluftleitung entlüften, dadurch wird es ermöglicht, beim Entgleisen eines Waggons den gesamten Zug abzubremsen.
Bezuαszeichenliste
1 Entgleisungsdetektor
2 Sensor
3 Signalverarbeitungseinheit
4 Gehäuse
21 Signal
22 magnetischer oder metallischer Gegenstand
23 Hohlkörper
24 Spannung
25 Spule
31 Verstärker
313 Operationsverstärker
32 Verzögerungseinheit
321 Signal
33 Vergleichseinheit
331 Vergleicher
36 Schwellwert
37 Ausgangssignal
38 Erfassungseinheit
fZ Verzögerungszeit
R1/R2 Widerstandsverhältnis
R3/R4 Widerstandsverhältnis
RZ einstellbarer Widerstand
C1 Kondensator
R5/R6 Widerstandsverhältnis

Claims

Patentansprüche
1. Entgleisungsdetektor (1) insbesondere angeordnet in einem Gehäuse (4) zur Befestigung an einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (2) vorgesehen ist, mittels dem bei Auftreten von zur befahrenen Oberfläche des Fahrzeuges im wesentlichen vertikal wirkenden Kräften ein elektrisches Signal (21) erzeugbar ist, welches zur Zuführung zu einer Signalverarbeitungseinheit (3) und zur Erzeugung eines Ausgangssignals (37) vorgesehen ist.
2. Entgleisungsdetektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (37) zur Zuführung zu einer Bremsanlage des Fahrzeuges zur Auslösung einer Notbremsung vorgesehen ist.
3. Entgleisungsdetektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (3) wenigstens ein einstellbares Verzögerungsglied (32) enthält, mit dem die Empfindlichkeit des Entgleisungsdetektor (1) einstellbar ist.
4. Entgleisungsdetektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Entgleisungsdetektor (1) in einem Normalzustand ein Normalsignal und nach Überschreiten eines einstellbaren Schwellwertes (36) ein Ausgangssignal (37) zur Auslösung einer Notbremsung ausgibt.
5. Entgleisungsdetektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Entgleisungsdetektor nach Ausgabe eines Ausgangssignals zur Auslösung einer Notbremsung und dem Eintreten festlegbarer oder wählbarer Zustände ein Normalsignal abgibt.
6. Entgleisungsdetektor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Erfassungseinheit (38) die befahrene Oberfläche überwacht und ein Signal in Abhängigkeit der Ebenheit der Oberfläche generiert, um den Schwellwert zur Auslösung eines Notbremssignals und/oder das automatische Rücksetzverhalten des Entgleisungsdetektor zu beeinflussen.
7. Entgleisungsdetektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) einen Hohlkörper (23) zur Aufnahme eines in dem Hohlkörper beweglichen Magneten (22) und eine dem Hohlkörper zugeordnete Spule (25) umfaßt.
8. Entgleisungsdetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor derart angeordnet ist, daß bei Auftreten von vertikalen Kräften der Magnet durch eine Bewegung eine Spannung in der Spule induziert.
9. Entgleisungsdetektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (37) Werte zwischen dem Notbremssignal und dem Normalsignal einnimmt.
10. Entgleisungsdetektor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert (36) und/oder eine Verzögerungszeit (tZ) des Verzögerungsgliedes (32) in Abhängigkeit einer Fahrzeugart und/oder eines Beladungszustandes veränderbar sind.
11. Entgleisungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit 3 in einem externen Gehäuse angeordnet ist.
12. Entleisungsdetektor nach einem oder mehreren Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit in Form eines Computerprogrammproduktes oder Teil eines Computerprogrammproduktes in einem Bremssteuersystem vorgesehen ist.
13. Bremsanlage mit Entgleisungsdetektor nach einem der vorhergehenden Anssprüchen.
14. Fahrzeug ausgerüstet mit einer Bremsanlage mit einem Entgleisungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
15. Verfahren zur Erzeugung eines Notbremssignals bei dem ein Entgleisungsdetektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 ein Ausgangssignal erzeugt, welches einer Bremsanlage zur Auslösung einer Notbremsung zugeführt wird.
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