DE19946227C1 - Verfahren zum Erkennen eines Schienenbruches - Google Patents
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Abstract
Beim Belasten gebrochener Fahrschienen entstehen an den Kanten und/oder Randzonen eines Schienenbruches markante akustische Schwingungen als Folge von Gefügeverschiebungen. Diese akustischen Schwingungen können durch Filtervorgänge von den übrigen akustischen Schwingungen der Fahrschiene separiert und bewertet werden. Die auf Gefügeverschiebungen beruhenden akustischen Schwingungen können vom Fahrzeug oder von ortsfesten akustischen Detektoren erkannt und bewertet werden; auch eine Bewertung an zentraler Stelle ist möglich. Die zentrale Einrichtung sorgt bei Feststellen eines Schienenbruches für die Sperrung des betroffenen Gleises. Für die Erzeugung der akustischen Schwingungen zur Kennzeichnung etwaiger Schienenbrüche kommt das erfindungsgemäße Verfahren ohne gesonderte Energieversorgungseinrichtungen an der Strecke aus; die zu detektierenden akustischen Schwingungen werden vielmehr durch das Fahrzeug selbst in den Schienen erzeugt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbe
griff des Patentanspruches 1.
Ein solches Verfahren ist u. a. aus der DE 41 16 997 A1 be
kannt. Dort geht es um das Erfassen von unerwünschten Verän
derungen oder Manipulationen an langgestreckten körperschall
leitenden Gebilden, insbesondere Fahrschienen im Bahnbetrieb.
Der jeweilige Schienenzustand wird dadurch erkannt, daß min
destens ein akustischer Sender ein akustisches Signal in die
Fahrschiene einkoppelt und daß ein vom Sender entfernt an die
Fahrschiene angeschlossener akustischer Empfänger das ihm
über die Fahrschiene vom Sender zugeführte akustische Signal
empfängt. Eine durch eine Unterbrechung der Fahrschiene her
vorgerufene charakteristische Änderung des akustischen Si
gnals wird in einer Auswerteeinrichtung ermittelt und zur Ab
gabe eines Meldesignals verwendet. Charakteristische Änderun
gen im Übertragungsverhalten einer Fahrschiene werden dadurch
erkannt, daß die Amplituden und/oder Frequenzen der empfange
nen akustischen Signale bewertet und die aus den beiden Fahr
schienen eines Gleises jeweils ausgekoppelten akustischen Si
gnale miteinander verglichen werden. Bei einer Schienenunter
brechung kommt es zu markanten Änderungen der akustischen Si
gnale in den Fahrschienen eines Gleises.
Das bekannte Verfahren zum Erfassen von unerwünschten Ände
rungen oder Manipulationen an Fahrschienen erfordert zwingend
den Einsatz von akustischen Sende- und Empfangseinrichtungen
an den Fahrschienen. Diese Sende- und Empfangseinrichtungen
benötigen jeweils eine Energieversorgungseinrichtung und sie
müssen zur Meldungsabgabe mit vorzugsweise entfernten Alarm
gebern verbunden sein.
In der nicht vorveröffentlichten DE 198 25 764 A1 wird über
ein Verfahren zur Zustandsbewertung eines Bahngleises berich
tet, bei dem ein Schienenfahrzeug akustische Signale in min
destens eine Fahrschiene des Bahngleises einspeist und die
daraufhin in der Schiene erzeugten Signalantworten bewertet.
Diese verändern sich u. a. in Abhängigkeit von der aktuellen
Gleisbelegung, dem Schienenzustand und bei Gleisbauarbeiten.
In der ebenfalls nicht vorveröffentlichten DE 198 26 765 A1
wird über ein ähnliches Verfahren zur Zustandsbewertung eines
Bahngleises berichtet, bei dem die aktuell ermittelten Si
gnalantworten mit früher ermittelten Signalantworten vergli
chen und aus etwaigen Abweichungen auf den aktuellen Zustand
des Gleises geschlossen wird.
Beide Veröffentlichungen bewerten den Zustand eines Bahnglei
ses aus Signalantworten als Reaktion auf in die Schienen des
Gleises eingeleitete akustische Signale.
In IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, Vol. 1A-10,
No. 3, May/June 1974, Seiten 380-384 wird über verschiedene
Sensoren und Sensoranordnungen zum Erkennen von Rissen und
Spalten in Fahrschienen berichtet. Hierbei handelt es sich
aber nicht um Schienenbrüche im eigentlichen Sinne, sondern
um Unregelmäßigkeiten innerhalb von Schienen als Folge von
Abkühlungsprozessen während der Schienenherstellung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbe
griff des Patentanspruches 1 anzugeben, bei dem auf das Einkoppeln
von akustischen Signalen in eine zu überwachende
Fahrschiene verzichtet werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des An
spruches 1. Danach werden die Fahrschienen dahingehend auf
etwaige Schienenbrüche überwacht, daß die Gefügeverschiebun
gen im Bereich eines Schienenbruches, die bei Belastung der
gebrochenen Fahrschiene durch ein die Bruchstelle befahrendes
oder sich ihr näherndes oder sich entfernendes Fahrzeug in
der Fahrschiene entstehen, detektiert und bewertet werden.
Die im Bereich einer Bruchstelle bei Belastung durch Gefüge
verschiebungen entstehende Körperschallschwingungen sind mar
kant verschieden von den Laufgeräuschen der Fahrzeugräder auf
den Schienen und den bei nicht gebrochenen Fahrschienen in
den Fahrschienen durch Druck und Biegung entstehenden Schwin
gungen. Sie lassen sich durch geeignete Filtermaßnahmen ein
deutig von sonstigen akustischen Schwingungen unterscheiden.
Zum Herausfiltern der auf Gefügeverschiebungen beruhenden
Körperschallschwingungen aus den übrigen aus der Fahrschiene
auskoppelbaren akustischen Schwingungen werden diese vorteil
haft in elektrische Schwingungen umgesetzt und dann durch ein
elektrisches Bandfilter oder Filter mit Hoch- und Tiefpaßver
halten geschickt, die so abzustimmen sind, daß ihre Durchlaß
charakteristik die Frequenzen beinhaltet, die bei Belastung
durch ein Fahrzeug an einem Schienenbruch typischerweise auf
treten. Die empfangsseitige Filtercharakteristik ist gegebe
nenfalls fahrzeugtypabhängig und/oder geschwindigkeitsabhängig
veränderbar vorzugeben, um einen möglichst großen Störab
stand der auf Gefügeverschiebungen beruhenden akustischen Si
gnale von den übrigen akustischen Signalen der Fahrschiene zu
erzielen. Auch selbstadaptierende/lernende Filter können ein
gesetzt werden.
Die akustischen Schwingungen zum Erkennen von Schienenbrüchen
können auf den die Fahrschienen befahrenden Fahrzeuge detek
tiert werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, auf den
Fahrzeugen entsprechende akustische Detektoren vorzusehen und
an die jeweils befahrene Fahrschiene anzukoppeln. Dies kann
dadurch geschehen, daß solche akustische Detektoren in kör
perschalleitender Verbindung zu einer Fahrzeugachse angeord
net sind.
Die akustischen Schwingungen zum Erkennen von Schienenbrüchen
können aber auch von an den Fahrschienen angeordnete akusti
schen Detektoren aufgenommen werden. Dabei sind entlang einer
Strecke eine Vielzahl einzelner oder paarweise im Abstand
voneinander angeordneter ortsfeste Detektoren vorzusehen, die
auf geeignete Weise mit der zu überwachenden Fahrschiene in
körperschalleitender Verbindung stehen. Als Energieversorgung
solcher ortsfester Detektoren können beispielsweise Piezo-
Kristalle dienen, die bei Annäherung eines Fahrzeugrades eine
druckproportionale Ausgangsspannung zur Energieversorgung ei
nes zugehörigen ortsfesten Detektors liefern.
Die von den Fahrzeugen oder von ortsfesten Detektoren erkann
ten Schienenbrüche sind vorteilhaft an eine zentrale Einrich
tung zu melden, die aus den übermittelten Meldungen den Ort
eines erkannten Schienenbruches erkennt und eine vorgebbare
Sicherungsmaßnahme, wie z. B. die Sperrung eines Gleisberei
ches mit einer defekten Fahrschiene, veranlaßt. Die Übermittlung
dieser Informationen geschieht vorzugsweise über ein
Fahrzeug des Zuges, der die markante Gefügeverschiebung im
Schienenbruchbereich der Fahrschiene herbeiführt; das Fahr
zeug kann dabei auch nur Relaisfunktionen bei der Übermitt
lung entsprechender Meldungen von einem ortsfesten akusti
schen Detektor übernehmen; die Meldungen des Fahrzeugs bzw.
der ortsfesten Detektoren beinhalten Positionsangaben über
den jeweiligen Empfangsort der akustischen Schwingungen.
Es ist auch möglich, die auf Gefügeverschiebungen beruhenden
Körperschallschwingungen vor Ort an der Strecke oder auf den
Fahrzeugen zu bewerten und die entsprechenden Bewertungser
gebnisse an eine zentrale Einrichtung zu übermitteln und es
ist aber auch möglich, aus den akustischen Schwingungen abge
leitete elektrische Meßgrößen von den Fahrzeugen oder den
ortsfesten Detektoren - ggf. über die Fahrzeuge - an die zen
trale Einrichtung zu übermitteln und dort die Bewertung die
ser Meßgrößen vorzunehmen. Aufgrund der Bewertungsergebnisse
kann dann die zentrale Einrichtung die vorgegebenen Siche
rungsmaßnahmen zum Sichern des defekten Gleises durchführen.
In vorteilhafter Weise werden jeweils beide Fahrschienen ei
nes Gleises auf das Auftreten von akustischen Schwingungen
überwacht, die auf Gefügeverschiebungen an fahrzeugbelasteten
gebrochenen Fahrschienen beruhen.
Claims (9)
1. Verfahren zum Erkennen eines Schienenbruches an einer
Fahrschiene durch Bewerten von aus der Fahrschiene auskoppel
baren akustischen Signalen, wobei beim Erkennen typischer in
der Fahrschiene auftretender Körperschall-Schwingungen auf
das Vorhandensein eines Schienenbruches geschlossen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die akustischen Schwingungen der Fahrschiene detektiert
werden, die bei Belastung der Fahrschiene durch ein Fahrzeug
in der Fahrschiene auftreten und auf die Belastung durch das
Fahrzeug zurückzuführen sind und daß die Detektion so durch
geführt wird, daß dabei Gefügeverschiebungen der dynamisch
belasteten Fahrschiene an den Kanten und/oder Randzonen eines
Schienenbruches erkannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die aus einer Fahrschiene auskoppelbaren akustischen
Schwingungen oder daraus abgeleitete elektrische Schwingungen
vor ihrer Bewertung gefiltert werden, wobei die Durchlaßcha
rakteristik der verwendeten Filter auf die akustischen oder
elektrischen Schwingungen abzustimmen sind, die bei Belastung
durch ein Fahrzeug an einem Schienenbruch typischerweise auf
treten.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Filtercharakteristik fahrzeugtypabhängig und/oder ge
schwindigkeitsabhängig veränderbar vorgegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die akustischen Schwingungen von einem die Fahrschiene
befahrenden Fahrzeug detektiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die akustischen Schwingungen durch mindestens einen an
mindestens einer Achse des Fahrzeugs angekoppelten akusti
schen Detektor aus der Fahrschiene ausgekoppelt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die akustischen Schwingungen von mindestens einem orts
fest an einer Fahrschiene angeordneten akustischen Detektor
aufgenommen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß entlang einer Strecke mehrere einzeln oder paarweise im
Abstand voneinander an den Fahrschienen angeordnete ortsfeste
Detektoren installiert sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein von einem Fahrzeug oder einem ortsfesten Detektor er
kannter Schienenbruch ortsbezogen an eine zentrale Einrich
tung zum Ausführen mindestens einer vorgebbaren Sicherungs
maßnahme gemeldet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewertung der akustischen Schwingungen auf einem
Fahrzeug, in einem ortsfesten Detektor und/oder in einer zen
tralen Einrichtung erfolgt, an die von dem oder den jeweili
gen Schwingungsaufnehmern aus den akustischen Schwingungen
abgeleitete Meßgrößen ortsbezogen zu übertragen sind und daß
von der zentralen Einrichtung beim Erkennen eines Schienen
bruches mindestens eine vorgebbare Sicherungsmaßnahme ausge
führt wird.
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