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Dokumentenidentifikation DE10046860C2 27.02.2003
Titel Einrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Länge und der Vollständigkeit von Personenzügen
Anmelder Deutsche Bahn AG, 10785 Berlin, DE
Erfinder Krittian, Franz, Dr.-Ing., 65934 Frankfurt, DE;
Ptok, Frank-Bernhard, 85051 Ingolstadt, DE;
Seyfarth, Hans-Jürgen, 81247 München, DE
DE-Anmeldedatum 20.09.2000
DE-Aktenzeichen 10046860
Offenlegungstag 16.08.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.02.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.02.2003
IPC-Hauptklasse B61L 15/00

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Zugvollständigkeit und zur Erkennung der Zuglänge.

Die von den Bahnen international als "European Train Control System, ETCS, und auf DB Ebene ergänzend für einfachere Verhältnisse als "Funkfahrbetrieb" FFB derzeit geplanten Betriebsverfahren haben das Ziel, die konventionelle Leit- und Sicherungstechnik durch einen Datenfunk zur Übermittlung von Befehlen und Informationen zwischen einer entfernten Steuerzentrale, dem führenden Fahrzeug des Zuges und den steuerbaren Fahrwegelementen wie Weichen und Schranken zu ersetzen. Dabei sollen die neuen Systeme (bei ETCS im Level 3) nicht nur die ortsfesten Signale sondern auch die feste Blockteilung und die streckenseitigen Einrichtungen zum Ausschluss einer Einfahrt ins besetzte Gleis ablösen. Eine von den Systemen selbst realisierte Voraussetzung für neue Betriebsverfahren ist die zuverlässige Ortung des Zugs. Die Entscheidung über den Beginn eines freien Streckenabschnittes erfordert aber bei ETCS und FFB außerdem

  • a) die Ermittlung der Zuglänge (wo kann der freie Abschnitt frühestens beginnen) und
  • b) die Überprüfung der Zugvollständigkeit (befinden sich in ihm auch keine verlorenen Fahrzeuge).

Für das Problem b) liegen verschiedene Lösungen vor.

Für Problem a) wurde bislang innerhalb der UIC nur die Installation eines Zug- Bus-Systems erwogen mit Rechnern in den einzelnen Fahrzeugen. Das Bussystem eignet sich sicher für neu zu beschaffende Wagen und Triebzüge, wird aber teuer für vorhandene, insbesondere lokbespannte Züge.

Seitens Heitmann "Systeme zur Zugvollständigkeitsüberwachung" in Signal und Draht 1997, Heft 11, S. 22-25 wurde bereits eine Zusammenfassung bisheriger Konzepte zur Zugvollständigkeitsüberwachung gegeben. In Kapitel 4.4 ist dort ohne weitere Präzisierung erwähnt, dass die Bestimmung der Zugvollständigkeit durch Detektion des letzten Wagens mittels Messung von Strom und Spannung an der UIC-Leitung angedacht seien. Eine offene UIC-Leitung ist nicht angesprochen.

Im deutschen Patent DE 197 11 772 C1 wird eine mit elektrischen Prüfimpulsen beschickte Prüfleitung verwendet. An den Kupplungsenden der Wagen werden durch Beschaltung der Leiterschleife jeweils Reflexionen erzeugt, deren Anzahl auf die Zahl der Wagen schließen läßt. Hierzu muss die Leitung kurz- oder mit Wellenwiderstand abgeschlossen werden. Alternativ wird vorgeschlagen, die Laufzeit des Prüfimpulses (bis Zugende) oder seine -Flankenform zu messen und aus diesen Daten die Zuglänge abzuleiten. Verwendung findet hier eine durchgehende elektrische Leitung, deren zur Prüfleitungslänge proportionaler Widerstand bei Gleich- oder Wechselstrom zu bestimmen ist. Eine offene Leitung spricht die DE 197 11 772 C1 aber nicht an. Vielmehr ist die Leitung am Ende mit einem definierten Abschluss versehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache Bestimmung der Zuglänge und der Zugvollständigkeit von Personenzügen anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 6. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es wird als bevorzugte Variante daher die Nutzung des in allen Reisezugwagen vorhandenen, wenn auch nicht überall verwendbaren UIC-Kabels vorgeschlagen, wobei die Erfindung aber keineswegs auf dieses beschränkt ist, sondern jedes durchgängige Kabel eines Zuges mit nicht mit Wechselstrom belegten Adern verwendet werden kann.

Die vorgeschlagene Lösung für Reisezüge verwendet die zwischen 2 Adern eines jeden Kabels bestehenden Kapazitäten. Diese bewirken, dass bei Anlegen einer Wechselspannung ein zu Spannung und näherungsweise zu Speisefrequenz und Kapazität proportionaler Strom fließt. Die Kapazität wächst wiederum proportional zur Länge eines verwendeten Kabels und damit eines Zuges. Die Erfindung eignet sich für lokbespannte Personenzüge und für Triebzüge, bestehend aus mehreren Einheiten.

Für die erfindungsgemäße Zugvollständigkeitsüberprüfung bei einem typischen Einsatz in Eisenbahnzügen sind u.9. folgende elektrische Leitungen/Steckverbindungen nutzbar: Bug- bzw. Zugkupplung mit: Steckverbindungen für 13-adriges UIC-Kabel (redundante Verlegung) oder Steckverbindungen für 18-adriges UIC-Kabel (redundante Verlegung) und/oder Steckverbindungen für 2 × So-Leitungen (FIS-Schnittstelle) sowie die Zugkommunikations-Ausrüstung, meist bestehend aus: 13-adriges UIC-Kabel (redundante Verlegung) Ausnutzung vorhandener Adern oder 18-adriges UIC- Kabel (redundante Verlegung) Ausnutzung vorhandener Adern und verschiedenen, vorhandenen elektrischen Zug-Bus-Systemen (z. B.: Wire Train Bus = elektrischer Bus, Lichtwellenleiter-Bus). Alle diese Züge haben gemeinsam, daß sie elektrisch über Kabel gekuppelt sind, wobei diese nach einer internationalen ~ Bahn-Norm meist die sog. 13-poligen bzw. 18-adrigen UIC-Kabel sind. Erfindungsgemäß wurde bestimmt, daß der Beitrag der Impedanz pro Wagen erfolgt, also bei einer Änderung der Zuglänge oder -zusammenstellung sich demzufolge die Impedanz des Gesamtzuges ändert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Ausführungsbeispiel

Durch einen statischen Frequenzgenerator auf dem Triebfahrzeug eines Personenzuges wird eine Spannung von 12 V mit einer Frequenz von etwa 25 kHz an die durch die beiden Adern 14 und 15 des 18-poligen UIC-Kabels gebildete offene Leiterschleife gelegt.

Bei den hier mit dem Ziel einer gewissen Homogenität ausgewählten Fahrzeugen liegen die Leitungsparameter der Adern 14/15 mit geringer Streuung bei 2 Ohm, 33 µH und 1,4 nF pro Wagen. Die mit diesen Parametern errechneten Ströme und Impedanzen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt: Angelegte Wechselspannung: 12 Volt/25 kHz



Aus obiger Tabelle wird erkennbar, dass bei der gewählten Frequenz das System noch kaum schwingt, so dass weitgehend eine Linearität zwischen Länge und Strom gewahrt, die Stromänderung aber auch bei einem 15-Wagen-Zug ausreichend empfindlich ist. Die hier gewählte Frequenz liegt außerhalb des Hörbereichs, schließt damit Störungen von Sprachverbindungen aus - und eignet sich vom Resonanzverhalten her für ca. 700 m lange Züge. Generell wird erwartet, dass auch bei anderen Konfigurationen (wie den Steuerleitungen von gekuppelten Triebzügen) ähnliche Verhältnisse vorliegen. Die Spannung wird zwischen etwa 6 V und 20 V so gewählt, daß die sich ergebenden Ströme über elektromagnetischen Schmutzeffekten liegen und noch mit hinreichender Genauigkeit gemessen werden können, Störungen der Verbindungen in anderen Adern aber nicht zu erwarten sind.

Selbstverständlich können auch Leitungen mit anderen Parametern für einen seinerseits wiederum homogenen Fahrzeugpark verwendet werden, beispielsweise Triebwagen in Mehrfachtraktion, die für Steuerung und Fahrgastinformation über die Bugkupplung verbunden sind. Die UIC-Leitung ist nicht zwingende Voraussetzung, sondern nur eine sich für lokbespannte Züge anbietende Variante, zumal sie auch internationale Lösungen ermöglicht.

Abgesehen von kurzzeitigen Unterbrechungen, während denen die beiden Adern für andere Signale verwendet werden, ist mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine kontinuierliche Längenmessung und -Überprüfung möglich.

Es kann entsprechend den Schnittstellen des Fahrzeugrechners ohne großen Aufwand der analoge Messwert des Kabelstromes in digitaler Form dem Fahrzeugrechner zur Überwachung und Auswertung zur Verfügung stehen.

Dessen Auswertung erlaubt auch, die Zugvollständigkeit während der Fahrt zu erkennen. Und zwar durch einen Vergleich der vor Abfahrt am Ausgangsbahnhof mit den laufend gemessenen Stromwerten. Ein Abriss einer Kupplung und Verlust von Wagen führt zwangsläufig zu einer Verkürzung des Zuges, der gespeisten Leiterschleife und damit des gemessenen Stromes. Der Fahrzeugrechner hat hierzu den aufgenommenen Anfangswert des Stromes als Sollwert zu speichern und regelmäßig einen Vergleich mit dem Strom-Istwert durchzuführen.

Es ist vorgesehen, die zu Beginn gemessene Zuglänge durch betriebliche Verfahren gegenzuprüfen, um die Richtigkeit der Eingangsdaten sicher zu stellen. Entsprechendes gilt, wenn während der Fahrt zusätzliche Wagen angehängt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Einrichtung für Personenzüge mit einem führenden und angehängten Fahrzeugen, zur Bestimmung der Zuglänge und zur Erkennung der Zugvollständigkeit, aufweisend:

    einen auf dem führenden Fahrzeuge installierten elektrischen Wechselstromgenerator mit einer festen Frequenz zwischen 20 kHz und 50 kHz,

    ein mit dem Wechselstromgenerator verbundenes, zwei offene Adern eines über den gesamten Zug hinweg gekuppelt vorhandenen Informations- und/oder Steuerkabels; und

    eine ebenfalls auf dem führenden Fahrzeug installierte Meßeinrichtung, um einen von dem Wechselstromgenerator in die beiden Adern gespeisten Strom zusammen mit der von dem Wechselstromgenerator bereitgestellten Speisespannung oder alternativ die sich ergebende Impedanz zu messen.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator eine Leistung von bis zu 5 VA besitzt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator eine Frequenz von etwa 25 kHz abgibt.
  4. 4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Informations- oder Steuerkabel das UIC-Kabel oder ein Steuerkabel oder Informationskabel von gekuppelten Wagen ist.
  5. 5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein Voltmeter und ein Amperemeter oder ein Impedanzmeßgerät aufweist.
  6. 6. Verfahren zur Bestimmung der Zuglänge und zur Erkennung der Zugvollständigkeit für Personenzüge mit einem führenden Fahrzeug mit Fahrzeugrechner sowie angehängten Wagen und einer über den gesamten Zug hinweg gekuppelt vorhandenen Informations- und/oder Steuerkabel mit folgenden Schritten:
    1. a) Anlegen einer Wechselspannung durch einen Frequenzgenerator zwischen zwei offenen Adern eines über den gesamten Zug hinweg gekuppelt vorhandenen Kabels;
    2. b) Messen von Strom und Spannung oder Impedanz am Eingang der offenen Adern des Kabels
    3. c) Übergabe der Messwerte an einen Fahrzeugrechner, der auf Grund der gemessenen Werte und der repräsentativen Leitungsparameter der gewählten Schleife über eine hinterlegte Datei die Zuglänge ermittelt und eine Zugtrennung meldet, wenn sich die ermittelte Zuglänge während der Fahrt ändert.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugrechner die ermittelte Zuglänge zur Freigabe der nicht mehr belegten Strecke weiterleitet.






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