DE19946227C1

DE19946227C1 - Verfahren zum Erkennen eines Schienenbruches

Info

Publication number: DE19946227C1
Application number: DE1999146227
Authority: DE
Inventors: Karsten Lemmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2019-09-23

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

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.