-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion
des Belegt- oder Freizustandes eines Gleisabschnittes mittels eines
Gleisstromkreises.
-
Das
Grundsprinzip der Detektion des Belegt- oder Freizustandes eines
Gleisabschnittes besteht darin, dass ein Sender ein Sendesignal
generiert, das über
dem Gleisstromkreis, der dem Gleisabschnitt repräsentiert, an einen Empfänger übertragen wird,
wobei der Empfänger
das Sendesignal interpretiert. Bei Mitteneinspeisung sind ungefähr in der
Mitte des Gleisabschnittes der Sender und an den beiden Enden des
Gleisabschnittes Empfänger
vorgesehen. Gebräuchlich
sind auch bidirektionale Signalübertragungen,
wobei an beiden Enden des Gleisabschnittes Sender/-Empfänger-Einrichtungen
angeordnet sind. In Abhängigkeit
von der Länge
des zu überwachenden
Gleisabschnittes wird am Sender ein Sendesignal derart eingestellt,
das der Empfänger
das vom Sender erzeugte Sendesignal erkennen kann. Einen erheblichen
Einfluss auf die Einstellparameter und die maximale Länge des
Gleisabschnittes hat der Bettungswiderstand des Gleises. Dieser
hängt u. a.
von den Witterungsbedingungen ab und kann sich während des Betriebes in einen
sehr großen
Bereich ändern.
Die Überwachung
von größeren Gleisbereichen,
die über
die üblichen
Maximallängen
hinausgehen, wird üblicherweise
durch die Aneinanderreihung mehrerer Gleisstromkreise oder durch
Verwendung anderer Gleisüberwachungseinrichtungen,
beispielsweise Achszähler,
realisiert.
-
Das
Vorhandensein eines Schienenfahrzeugs wird dadurch offenbart, dass
der Empfänger für eine definierte
Zeit kein oder ein schwächeres
Signal vom Sender empfängt.
Damit die Sendesignale vom Empfänger
bei freiem Gleisabschnitt gut erkannt werden können, ist eine hohe Sendespannung
und damit ein hoher Sendestrom wünschenswert.
Ein zu hohes Sendesignal führt
jedoch dazu, dass der Empfänger
auch bei Vorhandensein eines Schienenfahrzeugs im Gleisabschnitt
oberhalb einer Bewertungsschwelle liegende Sendesignale erkennen
könnte und
damit den Belegtzustand des Gleisabschnittes nicht detektieren würde. Wenn
bei niedrigen Bettungswiderständen
das Sendesignal erhöht
wird, erhöht
sich auch der durch Achsnebenschluss verursachte Kurzschlussstrom
und der damit verbundene Spannungsabfall an der Achse des Schienefahrzeugs.
Wird dieser Spannungsabfall zu groß, wird die spezifizierte Bewertungsschwelle
des Empfangsstroms überschritten,
obwohl der betreffende Gleisabschnitt noch durch das Schienenfahrzeug
belegt ist. Dieser Umstand stellt eine sicherungstechnische Gefährdung dar,
die dazu führt,
dass das zulässige Sendesignal,
insbesondere Sendeleistung, Sendespannung oder Sendestrom, nach
oben begrenzt wird. Die maximale Länge des Gleisabschnittes, bei
dem eine sichere Überwachung
des Belegungszustandes möglich
ist, ist folglich begrenzt.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Detektion des Belegt- oder Freizustandes eines Gleisabschnittes anzugeben,
die eine Erhöhung
des Sendesignals ermöglichen,
so dass auch für
längere
Gleisabschnitte und/oder niederohmige Betturig eine sichere Überwachung
möglich
wird.
-
Verfahrensgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass eine durch Befahrung des Gleisstromkreises verursachte zeitliche
Veränderung
mindestens eines elektrischen Parameters des Gleisstromkreises mit
einem ersten Schwellwert verglichen wird, dessen Über- oder
Unterschreitung ein Kriterium für den
Belegt- oder Freizustand ist. Eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens ist gemäß Anspruch
4 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein durch Befahrung des
Gleisstromkreises veränderlicher elektrischer
Parameter des Gleisstromkreises einer Integrationseinrichtung zugeführt ist,
welche mit einer Vergleichseinrichtung zum Vergleich des Integrationswertes
mit einem ersten, den Belegt- oder Freizustand repräsentierenden
Schwellwert verbunden ist. Auf diese Weise kann ein höheres Sendesignal
in den Gleisstromkreis eingekoppelt werden, ohne dass es zu Restriktionen
durch den Achsnebenschluss kommt. Bewertet wird die zeitliche Änderung,
d. h. die aufsteigende oder absteigendes Flanke, des Signals, welche
auch bei sehr hohem Sendesignal über den
spezifischen Schwellwert liegt, während der Absolutwert einen
spezifischen zweiten Schwellwert nicht mehr erreicht. Diese Erhöhbarkeit
des Sendesignals kann letztlich zur Verbesserung der signaltechnischen
Sicherheit verwendet werden, da durch die Beurteilung der Veränderung – und nicht
des Absolutwertes – des
relevanten Parameters eine größere Unabhängigkeit
von dem Bettungswiderstand besteht, und zusätzlich oder alternativ für eine Vergrößerung der
Maximallänge
des Gleisabschnittes verwendet werden, wobei ähnlich gute signaltechnische Sicherheit
wie bisher erreicht werden kann. Die Verfügbarkeit bei herkömmlichen
Abschnittslängen
wird durch erstere Variante auch bei Strecken mit schwierigen Bettungsverhältnissen,
wie Feuchtigkeit und Verschmutzung, verbessert. Ein Nachjustieren
bei schwankenden Bettungsverhältnissen
wird folglich entbehrlich. Die Signalauswertung, nämlich die
Feststellung, ob der Gleisabschnitt frei oder belegt ist, erfolgt üblicherweise
in einem Stellwerk. Für
jeden Gleisstromkreis muss nur eine Auswertung der ausgekoppelten
Detektionssignale durchgeführt
werden. Bei der gemäß der zweiten
Variante vergrößerten Länge des
Gleisstromkreises ergeben sich Einsparungen bezüglich der Anzahl der erforderlichen
Auswerteeinrichtungen im Stellwerk, verbunden mit einer Verringerung
des Platzbedarfs, Verringerung der Vorhaltung von Ersatzkomponenten
und Erhöhung
des MTBF (mean time between failure – mittlerer Ausfallabstand).
Die Projektierung wird vereinfacht und die Gesamtzahl der Gleisstromkreise
pro Projekt kann reduziert werden. Der Montage- und Prüfaufwand geht
zurück.
Letztlich können
die Gleisabschnitte besser an Signalabstände bzw. Blocklängen angepasst
werden, wodurch sich Wartungs- und Kostenvorteile ergeben.
-
Gemäß Anspruch
2 wird/werden als Parameter ein Empfangsstrom oder/und ein Sendestrom verwendet.
Der Sendestrom erhöht
sich bei Einfahrt der ersten Achse des Schienenfahrzeugs in den Gleisstromkreis
signifikant, während
der Empfangsstrom quasi als negativer Stromsprung entsprechend absinkt.
Diese Stromsprünge – Sendestrom
nach oben und Empfangsstrom nach unten – können alternativ oder zusammen
ausgewertet werden, um den Belegtzustand des Gleisstromkreises zu
detektieren. Bei Ausfahrt der letzten Achse des Schienenfahrzeugs
aus dem Gleisstromkreis ergeben sich umgekehrte Verhältnisse,
d. h. ein negativer Stromsprung des Sendestromes und ein positiver
Stromsprung des Empfangsstromes. Auch hier wird die Größe des Stromsprunges
mit einem entsprechenden ersten Schwellwert verglichen, um das Ausfahren
der letzten Achse, d. h. das Freiwerden des Gleisstromkreises zu
detektieren. Die Höhe
der betrachteten Stromsprünge
hängt dabei
von dem Rettungswiderstand ab, jedoch weniger ausgeprägt wie der
Absolutwert des gemessenen Empfangsstromes bzw. Sendestromes.
-
Der
herkömmliche
Absolutwertvergleich des betrachteten Parameters, insbesondere Empfangsstromes
oder Sendestromes, mit einem zweiten Schwellwert kann gemäß Anspruch
3 zusätzlich durchgeführt oder
bei bestehenden Anlagen weiterhin durchgeführt werden. Ein Ausfall der
Komponenten zur Betrachtung der zeitlichen Veränderung des Parameters kann
dadurch teilweise kompensiert werden, sodass die Verfügbarkeit
der Gleisfreimeldeanlage verbessert wird. Bei bestehenden Anlagen
mit Absolutwertbetrachtung des Parameters ist lediglich eine Erweiterung
der Auswertung der ohnehin gemessenen Parameter hinsichtlich ihres
zeitlichen Verlaufs erforderlich.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand figürlicher
Darstellungen näher
beschrieben. Es zeigen:
-
1a und 1b Sendestromverläufe bei Befahrung
eines Gleisabschnittes bei niederohmiger und hochohmiger Betturig,
-
2a und 2b zugeordnete
Empfangsstromverläufe
und
-
3a und 3b entsprechende
Sendestromverläufe
bei bidirektionalem Betrieb.
-
Die
Figuren veranschaulichen grundsätzliche
Stromverläufe
des Sendestromes IS bzw. des Empfangsstromes
IE in Abhängigkeit vom Befahrungsort 1,
wobei realistische Werte bei maximal 2,5 V Impulsspannung zu Grunde
gelegt sind.
-
Aus
den 1a und 1b ist ersichtlich, dass bei
niederohmiger Rettung – 1a – bei Einfahrt
eines Schienenfahrzeugs in den Gleisstromkreis einer Länge von
7,3 km ein positiver Stromsprung von ca. 3 A und bei Ausfahrt der
letzten Achse ein negativer Stromsprung von ca. 0,2 A resultiert, während bei
hochohmiger Rettung – 1b – der positive
Stromsprung bei Einfahrt ca. 5,4 A und der negative Stromsprung
bei Ausfahrt ca. 0,4 A beträgt. Die
Einfahrt lässt
sich somit anhand des Sendestromes IS bei
einem positiven Stromsprung dIS/dt = +1
A detektieren, da der Stromsprung in jedem Fall, d. h. bei niederohmiger
und bei hochohmiger Rettung größer als
1 A ist. Für
die Ausfahrt gilt, dass der Stromsprung dIS/dt
= –0,2
A erreichen muss, damit die Ausfahrt sicher detektiert werden kann.
-
Für den Empfangsstrom
IE als Detektionsparameter ergeben sich
gemäß 2a und 2b folgende
Bedingungen:
- – Für die Einfahrtdetektion ein
negativer Stromsprung dIE/dt = –0,5 und
- – für die Ausfahrt
ein positiver Stromsprung dIE/dt = +0,5
A.
-
In
den 2a und 2b ist
außerdem
der für
Absolutwertbetrachtung übliche
Schwellwert S eingetragen. Es ist ersichtlich, dass dieser Schwellwert
S bei hochohmiger Rettung – 2b – im Gegensatz
zu niederohmiger Rettung 2a – durch den
Empfangsstrom IE bei Befahrung des Gleisstromkreises
nicht erreicht wird. Das bedeutet, dass bei der bekannten Absolutwertbetrachtung
der Besetztzustand des Gleisabschnittes nicht erkannt wird und ein
nicht hinnehmbarer gefährlicher
Zustand resultiert. Um dem entgegenzuwirken, wurde bisher das Sendesignal
in seiner Höhe
derart limitiert, dass der Empfangsstrom IE den
Schwellwert S bei jedem Rettungswiderstand unterschreitet. Der damit
verbundene Nachteil des geringen Störabstandes zwischen dem Besetzt-Signal
und dem Frei-Signal wird durch die erfindungsgemäße Beurteilung der Signalflanken
weitgehend beseitigt. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, den akzeptablen
Bettungswiderstandsbereich zu erweitern und/oder die Maximallänge des Gleichstromkreises
zu erhöhen.
-
Die 3a und 3b zeigen
Sendestromverläufe
IS bei bidirektionalem Sendebetrieb. Hier
ergibt sich die Möglichkeit, die
Sicherheit der Besetztaussage weiter zu erhöhen, indem Messwerte beider Sender/Empfänger-Einrichtungen
mit der Prämisse entgegengesetzter
Vorzeichen für
den Schwellwert des Flankenanstiegs bzw. Flankenabfalls betrachtet werden.