WO2005113313A1 - Schienenfahrzeug mit einer zugkupplung und zugkupplung hierfür - Google Patents

Schienenfahrzeug mit einer zugkupplung und zugkupplung hierfür Download PDF

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WO2005113313A1
WO2005113313A1 PCT/EP2005/052179 EP2005052179W WO2005113313A1 WO 2005113313 A1 WO2005113313 A1 WO 2005113313A1 EP 2005052179 W EP2005052179 W EP 2005052179W WO 2005113313 A1 WO2005113313 A1 WO 2005113313A1
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WO
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rail vehicle
waveguide
coupling
train
data line
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/052179
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bruno Krauss
Friedrich Krug
Johannes Kröll
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G5/00—Couplings for special purposes not otherwise provided for
    • B61G5/06—Couplings for special purposes not otherwise provided for for, or combined with, couplings or connectors for fluid conduits or electric cables
    • B61G5/10—Couplings for special purposes not otherwise provided for for, or combined with, couplings or connectors for fluid conduits or electric cables for electric cables

Definitions

  • the invention is in the field of positively driven, in particular rail-guided vehicle groups.
  • the invention relates to a rail vehicle with a train coupling and with a transmission device that has a broadband data line for transmitting information and / or commands from at least one rail vehicle to an adjacent rail vehicle of the same train.
  • the invention also relates to a train coupling.
  • the high volume of data and the increasing amount of data require a transmission link that is designed for high amounts of data and speeds and thus for high frequencies.
  • a transmission method and a transmission arrangement with one or more high-frequency transmission links are known from CH 676903 A5.
  • the high-frequency transmission arrangement disclosed therein has the disadvantage of unwanted crosstalk to passing rail vehicles and to all vehicle-specific electrical components of the same train in the vicinity. These can be control loops for the brake system, for example.
  • the electromagnetic interaction between the RF transmission link disclosed in CH 676903 A5 and any type of electronic vehicle components cannot be predicted.
  • the operation of such an RF transmission link means an increased shielding effort against stray and leakage radiation.
  • Another disadvantage is undesired reflections between the transmit and receive modules. This leads to signal delay delays and can even result in connection breaks.
  • the object of the present invention is to provide a transmission device which reduces or avoids the need for manual coupling processes and which has the disadvantages of an HF connection by means of antennas and which nevertheless permits a high data transmission rate.
  • This object is achieved according to the invention in a transmission device of the type mentioned at the outset by means of a broadband data line connecting the rail vehicles and integrated in the train coupling.
  • the integration of the data line in the pull coupling has constructive advantages over freely routed data lines and connector systems and minimizes the human-related activities.
  • the broadband of the lines is then designed accordingly.
  • the inventors have recognized that, by using modern data transmission methods, all of the information mentioned at the beginning can be transmitted over a single line in the borderline case.
  • the data line has a waveguide in which the information or commands to be transmitted can be transmitted.
  • the waveguide with its round, square or rectangular cross section can advantageously be fastened in or to the pull coupling device due to its rigid metallic design.
  • the preferred arrangement of the semiconductor during integration into the pull coupling device is on the central longitudinal axis of the pull coupling device. Due to the integration, interference signals from the surrounding metal masses are prevented or greatly reduced.
  • the waveguide is made of at least two parts which can be coupled to one another, the partial waveguide being able to be coupled in particular in the region of the center of the train coupling device and / or the center of the space between the rail vehicles.
  • the embodiments described above have the particular advantage that the data transmission path can be produced at the same time as the mechanical coupling process.
  • the second step for plugging in the electromechanical connector is then omitted.
  • the handling of a pull coupling device can thus be carried out in a more user-friendly and safe manner with regard to data transmission.
  • the data line has, in addition to the waveguide, a flexible, ie flexible, line section.
  • the flexible line section offers a structurally simple and inexpensive possibility to couple from the movable train coupling device to the fixed rail vehicle in relation to the train coupling device.
  • the preferred embodiment of the data line is that the flexible line section is in series with the waveguide. Changing spacing between the rail vehicles can be easily adapted by replacing a longer or shorter flexible line section connected in series with the waveguide.
  • the flexible line section is expediently designed as a dielectric waveguide.
  • the dielectric waveguide is called dielectric conductor for short.
  • a dielectric conductor is advantageous, whose core for high-frequency electromagnetic waves consists of transparent material with low attenuation (e.g. transparent plastic).
  • the dielectric conductor serves. for the transmission of signals with the aid of electromagnetic waves in the high frequency range and can therefore transmit a considerable amount of information and data. Since the rail vehicles are moved relative to one another both in the vertical (for example +/- 50 degrees) and in the horizontal (for example +/- 8 degrees) direction to one another, the dielectric line is in a practical embodiment of the flexible line section, as a more flexible, that is, flexible, dielectric conductors made of, for example, transparent plastic. The transition of the data line from the movable train coupling device to a transmitting / receiving device is thus guaranteed.
  • the dielectric line is preferably surrounded by a sheath made of electrically insulating material.
  • This envelope is prepared in an advantageous embodiment for the harsh environmental conditions prevailing in railway technology.
  • the cover fulfills two advantageous functions:
  • the partial waveguides have an — in particular funnel-shaped — widening at the ends with regard to their diameter. This special shape greatly promotes the transmission of the electromagnetic waves from one partial waveguide to the other partial semiconductor and the coupling of electromagnetic waves. With a square or rectangular cross section of the waveguide, the widenings are correspondingly pyramid-shaped.
  • a dilatation ratio is specified.
  • the expansion ratio preferably corresponds to 5 to 20 times the wavelength used.
  • the length 1 of the expansion is preferably 10 to 15 times the wavelength used.
  • the data transmission from the dielectric line to the partial waveguide is preferably supported by the use of an excitation horn or a horn antenna at the transition point from the dielectric line to the partial waveguide. That for coupling and / or decoupling electromagnetic waves Excitation horn present in the waveguide is part of the dielectric conductor or is connected to the dielectric conductor.
  • the expansions of the partial waveguide are expediently filled with a dielectric at least at the coupling point.
  • the expansions filled with a dielectric have the particular advantage of a protective and / or sealing device for the waveguide ends. Since there are harsh environmental conditions (water, ice, grease, etc.) in particular on the end faces of the pull couplings, the interior of the waveguide is thus optimally protected against contamination.
  • the partial waveguides are flush with the end face of the pull coupling and are preferably separated by an air gap without mechanical locking.
  • the free juxtaposition of the widening allows the partial ladder to be shifted in the millimeter range with respect to the longitudinal axis of symmetry. Since a certain measure of tolerance with regard to vertical and / or horizontal displacement is permissible in a mechanical pull coupling device, this tolerable displacement of the partial waveguide has an extremely advantageous effect on the transmission properties of the data line.
  • the data line is preferably designed such that its channel capacity is sufficient for audio signals, video signals, operating data, commands and / or other bus data. Due to this design, the data line is a broadband and high-frequency data line with which all required data / information can be transmitted using modern transmission methods
  • the data line or the components waveguide, partial waveguide, horn antenna, dielectric line, dielectric and a transceiver is preferably prepared for the frequency range of 20-75 GHz.
  • the end of the train can be automatically recognized based on an analysis of the waves carried over the data line. Furthermore, the train length can be determined on the basis of running time measurements.
  • the data line and in particular the waveguide is designed such that it can be integrated into an automatic train coupling device, an integration into an automatic train coupling device of the Scharfenberg coupling type being particularly advantageous.
  • a train coupling device in which a broadband data line is integrated as part of a transmission device for information and commands.
  • the broadband data line could also be integrated in a buffer, the waveguide in particular, with its widening, being flush with the end face of the buffer.
  • the integration of a data transmission link in the mechanical train coupling device is also possible for vehicle groups to be coupled other than rail vehicles, for example for positively driven bus systems, driverless factory vehicles etc., used.
  • FIG. 1 schematically shows a train arrangement which consists of two coupled partial trains, the partial trains consisting of coupled rail vehicles,
  • FIG. 2 shows a schematic detailed drawing of a transmission device of the train arrangement of FIG. 1 integrated into the train coupling device according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic detailed drawing of the arrangement of waveguides integrated in the pull coupling device and dielectric conductors with excitation horns for coupling the signals into and / or out of the waveguide according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of the transmission device comprising waveguides, dielectric conductors and excitation horns according to the second exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of a waveguide widening according to a third exemplary embodiment
  • Fig. 6 is a schematic sectional view of two opposing waveguide expansion according to one fourth embodiment.
  • Fig. 7 is a schematic sectional view of a dielectric line according to a fifth embodiment.
  • a train 1 shown in FIG. 1 consists of a first train part 2 with rail vehicles 3 and 4 and a second train part 5 with rail vehicles 6 and 7.
  • the train parts 2 and 5 are guided through the track body 8.
  • the rail vehicles are electrically and mechanically coupled to one another by means of a train coupling device 9.
  • the train coupling device 9 consists of a first train coupling 10 and a second train coupling 11.
  • the train coupling device 9 can be designed in an automatic or non-automatic form.
  • a transmission device 12 for transmitting audio signals, video signals, operating data, commands and / or other bus data is present between the first rail vehicle 4 and the second rail vehicle 6.
  • the transmission device 12 in the first rail vehicle A and in the second rail vehicle 6 is electrically connected to a train bus 15 via transmission / reception devices 13 and 14.
  • the explanation of the transmission device 12 between the rail vehicles 4 and 6 also applies to the coupling points between the other rail vehicles 3 and 4 and 6 and 7.
  • the train bus 15 provides the data to be transmitted in the rail vehicles 3, 4, 6 and 7 for e.g. Loudspeaker announcement systems, interactive information terminals, public telephone systems, passenger Internet access, multimedia entertainment systems, vehicle-specific regulating, measuring and control units.
  • FIG. 2 shows a highly schematic train coupling device 9 and a transmission device 12 in detail.
  • the transmission device 12 comprises a waveguide 16 of rectangular, square or round cross-section, which consists of a first waveguide part 16a and a second waveguide part. part 16b exists.
  • the two waveguide parts 16a, 16b are guided inside the associated pull couplings 10, 11.
  • the preferred arrangement of the waveguide 16 for integration into the pull coupling device is on the central longitudinal axis of the pull coupling device. Alternatively, they can be attached to the outside thereof.
  • the two waveguide parts 16a, 16b are connected to their respective transmitting / receiving devices 13, 14.
  • the waveguide parts 16a, 16b end at the end faces of the tensile couplings 10, 11.
  • the waveguide parts 16a, 16b can be coupled in the region of the center of the tensile coupling device 9.
  • An electronic circuit arrangement 20 integrated in the transceivers 13 and 14 serves as a means for end-of-train detection and generates a end-of-train signal if a coupling partner is not present.
  • This end of train signal can be fed into the train bus 15 and can thus be evaluated by the vehicle-specific regulating, measuring and control units listed at the beginning.
  • the detection of the train end 21 is based on an analysis of the waves guided over the waveguide
  • the waveguide parts 16a and 16b are permanently integrated in the metallic pull couplings 10 and 11.
  • the waveguide part 16a guided in the pull coupling 10 has funnel-shaped widenings at its ends.
  • the funnel-shaped expansions of the waveguide 16a serve as a horn antenna and for receiving a dielectric material.
  • the waveguide 16a is flush with the tensile coupling 10.
  • the waveguide 16 is guided approximately to the middle of the carriage fastening device 34.
  • dielectric line 18a is surrounded by a sheath 30 made of insulation material dielectric conductor.
  • the flexible dielectric line 18a forms the connection between the transceiver 13 and the partial waveguide 16a integrated into the pull coupling.
  • FIG. 4 shows the transmission path between the transceivers 13 and 14.
  • the dielectric conductor 18a surrounded by a sheath 30 made of insulation material, leaves the transmission through the side wall 28 - / Receiving device 13 and ends in the funnel-shaped expansion of the partial waveguide 16a in the pull coupling 10.
  • the funnel-shaped expansion of the partial waveguide 16a is the adaptation point between the dielectric conductor 18a with its sheath 30 made of insulation material and the waveguide 16a.
  • the tip of the dielectric conductor 18a forms the excitation horn 19a.
  • the electromagnetic waves can be fed into the waveguide 16a via the excitation horn 19a.
  • the dielectric conductor 18a ⁇ . and its excitation horn 19a are adapted in the waveguide expansion through the sleeve 30 made of insulation material, with an ⁇ r « 1, without points of contact with the metal of the waveguide 16a and the pull coupling 10.
  • the electromagnetic waves are guided in the air-filled waveguide part 16a via the excitation horn 19b to the front side of the pull coupling 10.
  • the expansion of the waveguide 16a on the front side of the pull coupling 10 filled with the dielectric 17, ⁇ r »2.5 forms a horn antenna and represents the excitation horn 19b.
  • the horn antenna transmits the electromagnetic waves of the waveguide 16a via the air gap 24 to the horn antenna or the excitation horn 19c of the waveguide 16b in the pull coupling 11.
  • the electromagnetic waves are guided in the waveguide 16b to the excitation horn 19d.
  • the excitation horn 19d is part of the dielectric conductor 18b.
  • the dielectric conductor 18b is analogous to the dielectric conductor ter 18a, without metallic contact points, in connection with the transceiver 14.
  • FIG. 5 shows, in a third exemplary embodiment, the horn antenna of a partial waveguide, with the waveguide border 22, shown in a detail.
  • the dielectric 17 projects in a curved or convex or radial design beyond the opening of the expansion of the waveguide.
  • the excitation horn 19c is part of the dielectric 17.
  • the filling material 32 is chosen with an ⁇ r »1 in favor of the transmission properties.
  • FIG. 6 shows the tolerable displacement a of two opposing waveguide widenings integrated in the pull couplings.
  • the waveguides are completely filled with the dielectric 17.
  • the expansion ratio d2 / dl »10 is explained with the diameter d2 of the waveguide expansion and the diameter dl of the waveguide.
  • the length 1 indicates the length of the widening and is approximately 12 times the wavelength.
  • a fifth exemplary embodiment is shown in FIG. 7.
  • the data line is realized here with dielectric conductors 18a or 18b and a replica of the waveguide widenings 23 or horn antennas.
  • the replica of the waveguide expansion 23 is designed as a mode converter for the electromagnetic waves and represents an extremely shortened waveguide which has the shape of two cones assembled at their tips.
  • the replica of the waveguide processing 23 is embedded in the sleeve 30 made of insulation material.
  • the dielectric conductor 18a or 18b is moved by means of the sheath 30 made of insulation material without contact points with metal from the transmitting / receiving device 13 or 14 to the center of the replica of the measured guided metallic waveguide expansion 23.
  • an additional protective sheath 31 made of a metal mesh embedded in plastic surrounds the sheath 30.
  • the tip of the dielectric conductor 18a or 18b forms the excitation horn 19b or 19c.
  • the replica of the metallic waveguide expansion 23 filled with the dielectric 17 on the side of the pull coupling closes flush with the end face of the pull couplings 10 and 11 (FIG. 4).
  • the dielectric conductor 18a with the sheath 30 and the protective jacket 31 is guided up to the end face of the pull coupling 10.
  • the dielectric 17 is flush with the end face of the pull coupling 10.
  • Another data line which is redundant to the waveguide 16 and to the dielectric line 18, is not shown.
  • the two data lines are preferably arranged symmetrically with respect to the longitudinal axis of the train center. This redundant design of the data line ensures the necessary transmission security.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Zur Übertragung von Informationen und/oder Befehlen von min­destens einem Schienenfahrzeug (4) auf ein benachbartes Schienenfahrzeug (6) des gleichen Zuges wird eine breitbandi­ge Datenleitung (26) genutzt. Die breitbandige Datenleitung (26) als Teil einer Übertragungseinrichtung (12) ist bevor­zugt in die Zugkupplungseinrichtung (9) integriert.

Description

Beschreibung
Schienenfahrzeug mit einer Zugkupplung und Zugkupplung hierfür
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von zwangsgeführten, insbesondere von schienengeführten Fahrzeugverbänden.
Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einer Zugkupplung und mit einer Übertragungseinrichtung, die eine breitbandige Datenleitung zur Übertragung von Informationen und/oder Befehlen von mindestens einem Schienenfahrzeug auf ein benachbartes Schienenfahrzeug des gleichen Zuges. Die Erfindung betrifft außerdem eine Zugkupplung.
Es ist bekannt, bei Schienenfahrzeugen zur Übertragung von Informationen und/oder Befehlen eine elektromechanische Steckkupplung zu verwenden. Diese Steckkupplung ist eine aufwendig konstruierte Steckverbindung mit zahlreichen einzelnen signalführenden Leitern (z.B. ca. 50), wobei die Einzelkontakte anfällig für Verschmutzung und Verschleiß sind.
Bei Zugkupplungseinrichtungen, wie sie im normalen Eisenbahnverkehr üblich sind, müssen solche elektromechanischen Steckkupplungen von Hand gekuppelt bzw. entkuppelt werden, welches äußert umständlich und oft unzuverlässig ist.
Eisenbahnbetreiber verlangen in Zukunft die Übertragung einer erheblichen Anzahl von Informationen und Daten zu denen Audiosignale, Videosignale, Bussignale, Betriebsdaten und Betriebsbefehle gehören.
Das hohe Datenaufkommen und die zunehmende Datenmenge verlangen eine Übertragungsstrecke, die für hohe Datenmengen und Geschwindigkeiten und damit für hohe Frequenzen ausgelegt ist . So ist etwa aus CH 676903 A5 ein Übertragungsverfahren und eine Übertragungsanordnung mit einer oder mehreren Hochfrequenzübertragungsstrecken bekannt ..
Die darin offenbarte Hochfrequenzübertragungsanordnung hat bei Einsatz von Mikrostreifenantennen oder Antennen als Magnetspulen jedoch den Nachteil des ungewollten Übersprechens auf vorbeifahrende Schienenfahrzeuge und auf alle in der näheren Umgebung befindlichen fahrzeugspezifischen elektrischen Komponenten des gleichen Zuges. Diese können beispielsweise Regelkreise für die Bremsanlage sein. Allgemein ist die e- lektromagnetische Wechselwirkung zwischen der in CH 676903 A5 offenbarten HF-Übertragungsstrecke und jeglicher Art von e- lektronischen Fahrzeugkomponenten nicht vorhersehbar. Der Betrieb einer solchen HF-Übertragungsstrecke bedeutet einen erhöhten Schirmungsaufwand gegen Streu- und Leckstrahlung. Ein weiterer Nachteil sind unerwünschte Reflexionen zwischen den Sende- und Empfangsbaugruppen. Dies führt zu Signallaufzeitverzögerungen und kann sich sogar in Verbindungsabbrüchen äußern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Übertragungseinrichtung, die die Notwendigkeit manueller Kupplungsvorgänge vermindert oder vermeidet sowie die Nachteile einer HF-Verbindung mittels Antennen vermindert aufweist und dennoch eine hohe Datenübertragungsrate zulässt.
Diese Aufgabe wird bei einer Übertragungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch eine die Schienenfahrzeuge verbindende breitbandige Datenleitung, die in die Zugkupplung integriert ist, gelöst. Die Integration der Datenleitung in die Zugkupplung hat konstruktive Vorteile gegenüber frei geführten Datenleitungen und Steckverbindersystemen und minimiert die von Menschenhand auszuführenden Tätigkeiten. Vorzugsweise sind nur wenige oder genau eine einzige oder zwei breitbandige Datenleitungen vorhanden, über welche die gesamte Kommunikation zwischen den Schienenfahrzeugen abwickelbar sind. Die Breitbandigkeit der Leitungen ist dann entsprechend ausgeführt.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch den Einsatz moderner Datenübertragungsverfahren alle eingangs genannten Informationen im Grenzfall über eine einzige Leitung übertragen werden können.
Zweckmäßig ist das die Datenleitung einen Hohlleiter aufweist, in dem die zu übertragenden Informationen bzw. Befehle übertragbar sind. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Hohlleiter mit seinem runden, quadratischen oder rechteckigem Querschnitt auf Grund seiner starren metallischen Ausgestaltung konstruktiv vorteilhaft in oder an der Zugkupplungseinrichtung befestigbar. Die vorzugsweise Anordnung des Hohleiters bei der Integration in die Zugkupplungseinrichtung ist auf der Mittenlängsachse der Zugkupplungseinrichtung. Durch die Integration sind Störsignale durch die umgebenden Metallmassen unterbunden oder stark gemindert.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist der Hohlleiter aus mindestens zwei miteinander koppelbaren Teilen ausgeführt, wobei die Teilhohlleiter insbesondere in dem Bereich der Mitte der Zugkupplungseinrichtung und/oder der Mitte des Zwischenraums zwischen den Schienenfahrzeugen koppelbar sind.
Die zuvor beschriebene Ausgestaltungen hat den besonderen Vorteil, das zeitgleich mit dem mechanischem Ankuppelvorgang die Datenübertragungsstrecke herstellbar ist. Es entfällt dann der zweite Arbeitsschritt für das Stecken des elektrome- chanischen Steckverbinders . Somit ist die Handhabung einer Zugkupplungseinrichtung im Hinblick auf die Datenübertragung bedienerfreundlicher und sicherer ausführbar. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Datenleitung zusätzlich zum Hohlleiter einen flexiblen, also biegsamen, Leitungsabschnitt auf. Der flexible Leitungsabschnitt bietet eine konstruktiv einfache und kostengünstige Möglichkeit von der beweglichen Zugkupplungseinrichtung auf das, in Bezug auf die Zugkupplungseinrichtung, feste Schienenfahrzeug zu koppeln.
Für die o.a. bevorzugte Ausgestaltung der Datenleitung gilt, dass der flexible Leitungsabschnitt in Serie mit dem Hohlleiter liegt. Sich ändernde Abstandverhältnisse zwischen den Schienenfahrzeugen können durch Austausch eines längeren oder kürzeren in Serie zum Hohlleiter geschalteten flexiblen Leitungsabschnitts leicht angepasst werden.
Zweckmäßigerweise ist der flexible Leitungsabschnitt als ein dielektrischer Wellenleiter ausgebildet. Nachfolgend wird der dielektrischer Wellenleiter kurz dielektrischer Leiter genannt. Vorteilhaft ist ein dielektrischer Leiter, dessen Kern für hochfrequente elektromagnetische Wellen aus transparentem Material geringer Dämpfung (z.B. transparentem Kunststoff) besteht. Der dielektrische Leiter dient . zur Übertragung von Signalen mit Hilfe elektromagnetischer Wellen im Bereich hoher Frequenzen und kann somit eine erhebliche Anzahl von Informationen und Daten übertragen. Da die Schienenfahrzeuge im Einsatz relativ zueinander sowohl in vertikaler (z.B. +/- 50 Grad) wie auch in horizontaler (z.B. +/- 8 Grad) Richtung zueinander bewegt werden, ist die dielektrische Leitung in einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform des flexiblen Leitungsabschnitts, als flexibler, also biegsamer, dielektrischer Leiter aus beispielsweise transparentem Kunststoff ausgelegt. Der Übergang der Datenleitung von der beweglichen Zugkupplungseinrichtung auf eine Sende-/Empfangseinrichtungen ist somit gewährleistet .
Vorzugsweise ist die dielektrische Leitung mit einer Hülle aus elektrisch isolierenden Material umgeben. Diese Hülle ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung für die in der Bahntechnik herrschenden rauen Umweltbedingungen hergerichtet . Die Hülle erfüllt zwei vorteilhafte Funktionen:
1. Schutz des dielektrischen Leiters gegen Schlag, Stoß, Schmutz, Niederschlag, Eis, usw..
2. Elektrische Isolation des dielektrischen Leiters gegen Metall.
In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Teilhohlleiter hinsichtlich ihres Durchmessers eine -insbesondere trichterförmige- Aufweitung an den Enden auf. Durch diese besondere Formgebung wird die Übertragung der elektromagnetischen Wellen von dem einen Teilhohlleiter auf den anderen Teilholleiter und das Einkoppeln von elektromagnetischen Wellen stark begünstigt. Bei einem quadratischen oder rechteckigem Querschnitt des Hohlleiters sind die Aufweitungen entsprechend pyramidenförmig.
Durch das ins Verhältnis Setzen des Innendurchmessers der maximalen Aufweitung zum Innendurchmessers des Hohlleiters wird ein Auf eitungsverhältnis angegeben. Das Aufweitungsverhält- nis entspricht vorzugsweise dem 5- bis 20-fachen der verwendeten Wellenlänge. Nach einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung der Aufweitung ist die Länge 1 der Aufweitung vorzugsweise das 10- bis 15-fache der verwendeten Wellenlänge. Die Aufweitungen an den Enden des Hohlleiter wirken hinsichtlich der Übertragung von elektromagnetischen Wellen wie HF-Horn- antennen oder Anregungshörner . Die Hornantennen werden auch als Modenwandler bezeichnet .
Bei der beschriebenen Ausgestaltung des Hohlleiters mit Teilhohleitern und dem Einsatz einer dielektrischen Leitung wird die Datenübertragung von der dielektrischen Leitung auf den Teilhohleiter vorzugsweise durch den Einsatz eines Anregungs- horns oder einer Hornantenne an der Übergangsstelle von dielektrischer Leitung auf den Teilhohlleiter unterstützt . Das zum Ein- und/oder Auskopplung von elektromagnetischen Wellen in den Hohlleiter vorhandene Anregungshorn ist Bestandteil des dielektrischen Leiters oder mit dem dielektrischen Leiter verbunden .
Zweckdienlicherweise sind die Aufweitungen des Teilhohlleiters zumindest kuppelstellensseitig mit einem Dielektrikum gefüllt. Die mit einem Dielektrikum gefüllten AufWeitungen haben neben der gewollten Voreinstellbarkeit von günstigen Übertragungseigenschaften den besonderen Vorteil einer Schutz- und/oder Verschlusseinrichtung der Hohlleiterenden. Da insbesondere an den Stirnseiten der Zugkupplungen raue Umgebungsbedingungen (Wasser, Eis, Schmierfett, usw.) herrschen, wird somit der Innenraum des Hohlleiters optimal gegen Verschmutzung geschützt.
In einer weiterführenden vorteilhaften Ausgestaltung schließen die Teilhohlleiter bündig mit der Stirnseite der Zugkupplung ab und stehen sich bevorzugt durch einen Luftspalt getrennt ohne mechanische Rastung gegenüber. Das freie Gegenüberstehen der Aufweitungen lässt eine Verschiebung der Teil- hol-leiter bezüglich der Symmetrielängsachse im Millimeterbereich zu. Da in einer mechanischen Zugkupplungseinrichtung ein gewisses Toleranzmaß bezüglich vertikaler und/oder horizontaler Verschiebung zulässig ist, wirkt sich diese tolerab- le Verschiebung der Teilhohlleiter äußerst vorteilhaft auf die Übertragungseigenschaften der Datenleitung aus.
Vorzugsweise ist die Datenleitung derart ausgelegt, dass ihre Kanalkapazität für Audio-Signale, Video-Signale, Betriebsdaten, Befehle und/oder andere Busdaten ausreichend ist. Durch diese Auslegung ist die Datenleitung eine breitbandige und hochfrequente Datenleitung mit der sich, unter zu Hilfenahme moderner Übertragungsverfahren, alle geforderten Daten/Informationen übertragen lassen
Die Datenleitung bzw. die Komponenten Hohlleiter, Teilhohlleiter, Hornantenne, dielektrische Leitung, Dielektrikum und eine Sende-/Empfangseinrichtungen sind bevorzugt für den Frequenzbereich von 20 - 75 GHz hergerichtet.
Gemäß einer vorteilhaften Integration einer als Mittel zur Zugendeerkennung dienenden elektronischen Schaltungsanordnung in die Sende-/Empfangseinrichtung kann basierend auf einer Analyse der über die Datenleitung geführten Wellen das Zugende automatisch erkannt werden. Des weiteren kann anhand von LaufZeitmessungen die Zuglänge bestimmt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Datenleitung und insbesondere der Hohlleiter derart ausgelegt, dass er sich in eine automatische Zugkupplungseinrichtung integrieren lässt, wobei insbesondere eine Integration in eine automatische Zugkupplungseinrichtung vom Typ Scharfenberg- kupplung äußerst vorteilhaft ist . Dadurch ist ein kompletter Ankuppelvorgang sowohl mechanisch als auch elektrisch vollständig automatisiert und bedarf keines manuellen Eingreifens .
Die Eingangs genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung auch durch eine Zugkupplungseinrichtung, in die eine breitbandige Datenleitung als Teil einer Übertragungseinrichtung für Informationen und Befehle, integriert ist, gelöst.
Die breitbandige Datenleitung könnte auch in einem Puffer integriert sein, wobei insbesondere der Hohlleiter mit seiner Aufweitung bündig mit der Stirnseite des Puffer abschließt .
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Zugkupplungseinrichtung und der Vorteile für die Integration in einen Puffer wird auf obige Ausführungen verwiesen.
Die Integration einer Datenübertragungsstrecke in die mechanische Zugkupplungseinrichtung ist auch für andere zu kuppelnde Fahrzeugverbände als Schienenfahrzeuge, z.B. für zwangsgeführte Bussysteme, führerlose Fabrikfahrzeuge etc., einsetzbar.
Zur Erzielung einer signaltechnischen Sicherheit ist es zweckmäßig die Übertragungseinrichtung doppelt auszulegen.
Nachstehend werden fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 7 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Zuganordnung, die aus zwei miteinander gekuppelten Teilzügen besteht, wobei die Teilzüge aus miteinander gekuppelten Schienenfahrzeugen bestehen,
Fig. 2 eine schematische Detailzeichnung einer in die Zugkupplungseinrichtung integrierten Übertragungseinrichtung der Zuganordnung der Fig.l gemäß einem erstem Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 eine schematische Detailzeichnung der Anordnung von in die Zugkupplungseinrichtung integrierten Hohlleitern und dielektrischen Leitern mit Anregungshörnern zum Ein- und/oder Auskoppeln der Signale in den Hohlleiter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung der Übertragungseinrichtung aus Hohlleitern, dielektrischen Leitern und Anregungshörnern gemäß dem zweitem Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer Hohlleiteraufweitung gemäß einem drittem Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung zweier sich gegenüberstehenden Hohlleiteraufweitung gemäß einem viertem Ausführungsbeispiel, und
Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung einer dielektrischen Leitung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel .
Ein in Figur 1 dargestellter Zug 1 besteht aus einem ersten Zugteil 2 mit Schienenfahrzeugen 3 und 4 und einem zweiten Zugteil 5 mit Schienenfahrzeugen 6 und 7. Die Zugteile 2 und 5 werden durch den Gleiskörper 8 geführt. Die Schienenfahrzeuge sind elektrisch und mechanisch mittels einer Zugkupplungseinrichtung 9 miteinander gekuppelt . Die Zugkupplungseinrichtung 9 besteht aus einer ersten Zugkupplung 10 und einer zweiten Zugkupplung 11. Die Zugkupplungseinrichtung 9 kann in automatischer oder nicht automatischer Form ausgestaltet sein. Zwischen dem ersten Schienenfahrzeug 4 und dem zweiten Schienenfahrzeug 6 ist eine Übertragungseinrichtung 12 zur Übertragung von Audiosignalen, Videosignalen, Betriebsdaten, Befehlen und/oder anderen Busdaten vorhanden. Die Übertragungseinrichtung 12 ist im ersten Schienenfahrzeug A und im zweiten Schienenfahrzeug 6 über Sende-/Empfangs- einrichtungen 13 und 14 elektrisch mit einem Zugbus 15 verbunden. Die Erläuterung der Übertragungseinrichtung 12 zwischen den Schienenfahrzeugen 4 und 6 gilt auch für die Kuppelstellen zwischen den anderen Schienenfahrzeugen 3 und 4 sowie 6 und 7. Der Zugbus 15 stellt die zu übertragenen Daten in den Schienenfahrzeugen 3, 4, 6 und 7 zur Verfügung für z.B. Lautsprecheransagesysteme, interaktive Informationsterminals, öffentliche Fernsprecheinrichtungen, Fahrgastinternetzugänge, MultimediaunterhaltungsSysteme, fahrzeugspezifische Regel-, Mess- und Steuereinheiten.
Figur 2 zeigt eine stark schematisierte Zugkupplungseinrichtung 9 und eine Übertragungseinrichtung 12 im Detail. Die Ü- bertragungseinrichtung 12 umfasst einen Hohlleiter 16 rechteckigen, quadratischen oder runden Querschnitts, der aus einem ersten Hohlleiterteil 16a und einem zweiten Hohlleiter- teil 16b besteht. Die beiden Hohlleiterteile 16a, 16b sind im Inneren der zugehörigen Zugkupplungen 10, 11 geführt. Die vorzugsweise Anordnung des Hohlleiters 16 bei der Integration in die Zugkupplungseinrichtung ist auf der Mittenlängsachse der Zugkupplungseinrichtung. Sie können alternativ an deren Außenseite befestigt sein. Die beiden Hohlleiterteile 16a, 16b stehen mit ihren jeweiligen Sende-/Empfangseinrichtungen 13, 14 in Verbindung. Die Hohlleiterteile 16a, 16b enden an den Stirnseiten der Zugkupplungen 10, 11. Die Hohlleiterteile 16a, 16b sind im Bereich der Mitte der Zugkupplungseinrichtung 9 koppelbar. Eine in die Sende-/Empfangseinrichtungen 13 und 14 integrierte elektronische Schaltungsanordnung 20 dient als Mittel zur Zugendeerkennung und generiert, bei nicht Vorhandensein eines Koppelpartners, ein Zugendesignal. Dieses Zugendesignal ist in den Zugbus 15 einspeisbar und ist somit von den eingangs aufgezählten fahrzeugspezifischen Regel-, Mess- und Steuereinheiten auswertbar. Das Erkennen des Zugendes 21 basiert auf einer Analyse der über den Hohlleiter geführten Wellen
Wie aus dem weiterführenden und stärker detaillierten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ersichtlich ist, sind die Hohlleiterteile 16a und 16b dauerhaft in den metallischen Zugkupplungen 10 und 11 integriert. Die folgende Betrachtung bezieht sich aus Symmetriegründen nur noch auf eine der Zugkupplungen. Der in der Zugkupplung 10 geführte Hohlleiterteil 16a weist an seinen Enden trichterförmige Aufweitungen auf. Die trichterförmigen AufWeitungen des Hohlleiters 16a dienen als Hornantenne und zur Aufnahme eines dielektrischen Materials. Kupplungsseitig schließt der Hohlleiter 16a mit der Zugkupplung 10 bündig ab. Auf der Seite der Sende-/Empfangs- einrichtung 13, ist der Hohlleiter 16 etwa bis in die Mitte der Wagenbefestigungseinrichtung 34 geführt. Von dort aus bildet er mit seiner trichterförmigen Aufweitung die Übergangsstelle von Hohlleiter 16a über das Anregungshorn 19a auf die dielektrische Leitung 18a. Die dielektrische Leitung 18a ist ein von einer Hülle 30 aus Isolationsmaterial umgebener dielektrischer Leiter. Die flexible dielektrische Leitung 18a bildet die Verbindung zwischen der Sende-/Empfangseinrichtung 13 und den in die Zugkupplung integrierten Teilhohlleiter 16a.
In Figur 4 ist die Übertragungsstrecke zwischen den Sende- /Empfangseinrichtungen 13 und 14 dargestellt. Die Teilhohlleiter 16a und 16b bilden mit den flexiblen dielektrischen Leitern 18a, 18b die elektrische Verbindung zwischen den Sen- de-/Empfangseinrichtungen 13 und 14. Der von einer Hülle 30 aus Isolationsmaterial umgebene dielektrische Leiter 18a ver- lässt durch die Bordwand 28 geführt die Sende-/Empfangsein- richtung 13 und endet in der trichterförmigen Aufweitung des Teilhohlleiters 16a in der Zugkupplung 10. Die trichterförmige Aufweitung des Teilhohlleiters 16a ist die Adaptionsstelle zwischen dem dielektrischen Leiter 18a mit seiner Hülle 30 aus Isolationsmaterial und dem Hohlleiter 16a. Die Spitze des dielektrischen Leiters 18a bildet das Anregungshorn 19a. Über das Anregungshorn 19a können die elektromagnetischen Wellen in den Hohlleiter 16a eingespeist werden. Der dielektrische Leiter 18a~. und sein Anregungshorn 19a, beide aus einem Material mit εr » 2,5, werden durch die Hülle 30 aus Isolationsmaterial, mit einem ε r « 1, ohne Berührungspunkte mit dem Metall des Hohlleiters 16a und der Zugkupplung 10, in der Hohlleiteraufweitung adaptiert. Die elektromagnetischen Wellen werden in dem mit Luft gefüllten Hohlleiterteil 16a über das Anregungshorn 19b zur Stirnseite der Zugkupplung 10 geführt. Die mit dem Dielektrikum 17, εr » 2,5, gefüllte Aufweitung des Hohlleiters 16a an der Stirnseite der Zugkupplung 10 bildet eine Hornantenne und stellt das Anregungshorn 19b dar. Die Hornantenne überträgt die elektromagnetischen Wellen des Hohlleiters 16a über den Luftspalt 24 auf die Hornantenne bzw. das Anregungshorn 19c des Hohlleiters 16b in der Zugkupplung 11. Die elektromagnetischen Wellen werden in dem Hohlleiter 16b zum Anregungshorn 19d geführt. Das Anregungshorn 19d ist Bestandteil des dielektrischen Leiters 18b. Der dielektrische Leiter 18b steht analog zum dielektrischen Lei- ter 18a, ohne metallische Berührungspunkte, mit der Sende- /Empfangseinrichtung 14 in Verbindung.
Figur 5 zeigt in einem dritten Ausführungsbeispiel die Hornantenne eines, mit der Hohlleiterumrandung 22, in einem Ausschnitt dargestellten Teilhohlleiters. Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel ragt das Dielektrikum 17 in einer gewölbten oder konvexen oder radialen Ausführung über die Öffnung der Aufweitung des Hohlleiters hinaus. Das Anregungshorn 19c ist Bestandteil des Dielektrikums 17. Das nicht dargestellte Füllmaterial 32 wird zugunsten der Übertragungseigenschaften mit einem εr » 1 gewählt .
Figur 6 zeigt die tolerable Verschiebung a zweier sich gegenüberstehenden in den Zugkupplungen integrierten Hohlleiteraufweitungen. Alternativ zu der vorherigen Ausführung sind in diesem viertem Ausführungsbeispiel die Hohlleiter vollständig mit dem Dielektrikum 17 gefüllt. Mit dem Durchmesser d2 der Hohlleiteraufweitung und dem Durchmesser dl des Hohlleiters ist das Aufweitungsverhältnis d2/dl » 10 erklärt. Die Länge 1 gibt die Länge der Aufweitung an und beträgt ca. das 12-fache der Wellenlänge.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel ist in Figur 7 dargestellt. Alternativ zu der vorher erwähnten Kombination aus Teilhohlleiter und dielektrischem Leiter ist die Datenleitung hier mit dielektrischen Leitern 18a bzw. 18b und einer Nachbildungen der Hohlleiteraufweitungen 23 bzw. Hornantennen realisiert. Die Nachbildung der Hohlleiteraufweitung 23 ist als Modenwandler für die elektromagnetischen Wellen ausgebildet und stellt einen extrem verkürzten Hohlleiter dar der die Form zweier an ihren Spitzen zusammengesetzter Kegel hat. Die Nachbildung der Hohlleiterauf eitung 23 ist in die Hülle 30 aus Isolationsmaterial eingebettet. Der dielektrische Leiter 18a bzw. 18b wird mittels der Hülle 30 aus Isolationsmaterial ohne Berührungspunkte mit Metall von der Sende-/Empfangseinrichtung 13 bzw. 14 bis in die Mitte der Nachbildung der me- tallischen Hohlleiteraufweitung 23 geführt. In diesem Beispiel umgibt ein zusätzlicher Schutzmantel 31 aus einen in Kunststoff eingebetteten Metallgeflecht die Hülle 30. Die Spitze des dielektrischen Leiters 18a bzw. 18b bildet das Anregungshorn 19b bzw. 19c. Die zugkupplungsseitig mit dem Dielektrikum 17 gefüllte Nachbildung der metallischen Hohlleiteraufweitung 23 schließt bündig mit der Stirnseite der Zugkupplungen 10 bzw. 11 (Figur 4) ab. In diesem Beispiel wird der dielektrische Leiter 18a mit der Hülle 30 und dem Schutzmantel 31 bis an die Stirnseite der Zugkupplung 10 geführt. Das Dielektrikum 17 schließt bündig mit der Stirnseite der Zugkupplung 10 ab .
Nicht dargestellt ist eine weitere Datenleitung, die redundant zum Hohlleiter 16 und zur dielektrischen Leitung 18 vorhanden ist. Die beiden Datenleitungen sind in einer Draufsicht auf den Zug vorzugsweise symmetrisch bezüglich der Zugmittenlängsachse angebracht. Diese redundante Auslegung der Datenleitung gewährleistet eine notwendige Übertragungssicherheit .

Claims

Patentansprüche
1. Schienenfahrzeug (4) mit einer Zugkupplung (10, 11) und mit einer Übertragungseinrichtung (12) , die eine breitbandige Datenleitung (26) zur Übertragung von Informationen und/oder Befehlen auf ein benachbartes Schienenfahrzeug (6) des gleichen Zuges (1) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die breitbandige Datenleitung (26) in die Zugkupplung (10, 11) integ- riert ist.
2. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Datenleitung (26) einen Hohlleiter (16) aufweist, in dem die zu übertragenden Informationen bzw. Befehle übertragbar sind.
3. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Hohlleiter (16) mindestens zwei miteinander koppelbare Teile (16a, 16b) aufweist, wobei die beiden Teilhohlleiter (16a,
16b) insbesondere im Bereich..der Mitte des Zwischenraums zwischen den Schienenfahrzeugen (4,6) koppelbar sind.
4. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Datenleitung (26) zusätzlich zum Hohlleiter (16) einen flexiblen Leitungsabschnitt (18a, 18b) aufweist.
5. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der flexible Leitungsabschnitt (18a, 18b) in Serie zum Hohlleiter (16) liegt.
6. Schienenfahrzeug (4) nach den Ansprüchen 4 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der flexible Leitungsabschnitt (18a, 18b) als dielektrischer Leiter ausgelegt ist .
7. Schienen ahrzeug (4) nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die dielektrische Leitung (18a, 18b) eine Hülle (30) aus elektrisch isolierendem Material aufweist.
8. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Teilhohlleiter (16a, 16b) hinsichtlich seines Durchmessers an seinen Enden eine Aufweitung aufweist .
9. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Auf- weitungsverhältnis (d2/dl) dem 5- bis 20-fachen der verwendeten Wellenlänge entspricht.
10. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Ein- und/oder Auskopplung von elektromagnetischen Wellen in den Hohlleiter (16a, 16b) ein Anregungshorn (19a, 19d) vorhanden ist.
11. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 8 und 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auf- weitung eines Teilhohlleiters zumindest kuppelstellensseitig mit einem Dielektrikum (17) gefüllt ist.
12. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auf- weitung eines Teilholleiters bündig mit der Stirnseite der Zugkupplung abschließt.
13. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Teilhohlleiter (16a, 16b) über einen Luftspalt (24) koppelbar sind.
14. Schienenfahrzeug (4) nach einer der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Datenleitung (26) derart ausgelegt ist, dass ihre Kanalkapazität für Audio-Signale, Video-Signale, Betriebsdaten, Befehle und/oder andere Busdaten ausreichend ist.
15. Schienenfahrzeug (4) nach einer der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Datenleitung (26) und eine Sende-/Empfangseinrichtungen (13, 14) für den Frequenzbereich von 20 - 75 GHz hergerichtet sind.
16. Schienenfahrzeug (4) nach einer der Ansprüche 1 bis 15, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Mittel zur Er- kennung des Zugendes (20) basierend auf einer Analyse der ü- ber die Datenleitung übertragenen Wellen.
17. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zug- kupplungseinrichtung (10, 11) eine automatische Zugkupplungseinrichtung ist.
18. Schienenfahrzeug (4) nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zug- kupplungseinrichtung (10, 11) vom Typ Scharfenbergkupplung ist .
19. Zugkupplung (10, 11) mit einer integrierten breitbandi- gen Datenleitung (26) als Teil einer Übertragungseinrichtung (12) für Informationen und/oder Befehle.
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