AT515578A1 - Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei Schienenfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei einem Schienenfahrzeug (1), mit einem Bahnräumer-Balken (6), der mittels einer Montagehalterung (7) vor dem in Fahrtrichtung ersten Radsatz (11) am Drehgestellrahmen (5) des Schienenfahrzeugs (1) gehalten ist, wobei die Montagehalterung (7) durch vertikal angeordnete Federelemente, insbesondere Blattfedern (8) gebildet ist, wobei jede Blattfeder (8) an einem oberen Ende (9) mit dem Drehgestellrahmen (5) und an einem unteren Ende (10) mit dem Bahnräumer-Balken (6) befestigt ist, wobei jede Blattfeder (8) einen Dehnung-Spannungswandler (2) aufweist, der zwischen dem oberen Ende (9) und dem unteren Ende (10) auf einer Breitfläche (12) einer Blattfeder (8) angeordnet ist, und wobei jeder Dehnung-Spannungswandler (2) über eine signalleitende Verbindung (13) mit einer bordseitigen Auswerteeinheit (13) verbundenen ist.

Description

Beschreibung

Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei Schienenfahrzeugen

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtungzur Hinderniserkennung bei Schienenfahrzeugen mit einemBahnräumer, der mittels einer Haltevorrichtung am Drehgestelleines Schienenfahrzeugs befestigt ist.

Stand der Technik

Von einem auf der Trasse eines Schienennetzes liegendenFremdkörper kann im Falle einer Kollision eine erheblicheGefahr ausgehen. In der Schienenverkehrstechnik sind daherseit langem Schienenräumer bzw. Bahnräumer bekannt, mit denenein Hindernis aus dem Fahrweg geräumt werden kann. EinBahnräumer besteht meist aus einer Stahlkonstruktion, miteinem quer zur Fahrtrichtung liegenden Kollisionsbalken. DerKollisionsbalken wird mittels einer Montagehalterung amHauptrahmen des Schienenfahrzeugs oder am Drehgestellrahmenbefestigt. Verschiedene Verordnungen über den Bau und Betriebeines Schienenfahrzeuges schreiben vor, dass ein solcherBahnräumer vor dem in Fahrtrichtung ersten Radsatz und ineinen möglichst geringen Abstand von der Schienenoberkanteangeordnet sein muss.

In der EP 2 548 783 A2 wird beispielsweise eineKollisionserfassung bei einem Schienenfahrzeug vorgeschlagen,bei der ein Bahnräumer mittels einer Montagehalterunggehalten ist, wobei bei Überschreiten einer vorgebbarenIntensität der Kollision eine geführte Auslegung desBahnräumers bezüglich der Montagehalterung freigegeben wird.Eine Hinderniserkennung im Sinne einer differenziertenErfassung des Kollisionsobjektes ist damit nicht möglich.

Bekannte Bahnräumer haben den Nachteil, dass eine Aussageüber die Kollision nur in Form einer Ja-Nein-EntScheidunggemacht werden kann. Liegt die Intensität der Kollision untereinem vorgegebenen Schwellwert, wird der Zusammenstoßüberhaupt nicht erfasst. War die Intensität desZusammenstoßes größer, bleibt unbekannt, wie groß sietatsächlich war.

Von Seiten der Betreiber von Schienenfahrzeugen wird aberzunehmend gefordert, dass eine Hinderniserkennung eineKollision differenzierter erfasst. Beispielsweise soll dieHinderniserkennung in der Lage sein, einen vorgegebenenMassengrenzwert, beispielsweise 5 kg, möglichst zuverlässigzu erkennen und gegebenenfalls ein Schnellbremsung desSchienenfahrzeugs einleiten.

Darstellung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eineVorrichtung zur Hinderniserkennung bei Schienenfahrzeugen soanzugeben, dass eine genauere Aussage über dieKollisionsmasse möglich ist und die möglichst einfach undkostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalendes Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen derErfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung dienen Federelementesowohl zur Montage des Bahnräumer-Balkens, als auch zurMessung des Kraft-Zeit-Verlaufs im Falle einer Kollision. DieMontagehalterung des Bahnräumer-Balkens ist durch vertikalangeordnete Federelemente, bevorzugt Blattfedern gebildet,wobei jede Blattfeder an einem oberen Ende mit demDrehgestellrahmen und an einem unteren Ende mit demBahnräumer-Balken befestigt ist. Jede Blattfeder weist einen

Messumformer in Form eines Dehnung-Spannungswandlers auf.Dieser Messumformer ist zwischen dem oberen Ende und demunteren Ende auf einer Breitfläche einer Blattfederangeordnet und über eine signalleitende Verbindung mit einerbordseitigen Auswerteeinheit verbundenen. Dadurch ist esmöglich, ein Hindernis differenziert zu erfassen, und nichtnur dann, wenn es einen fix vorgegebenen Kollision-Grenzwertüberschreitet. Störeinflüsse, die bei erhöhterFahrgeschwindigkeit auftreten, können für die Folgehandlungenbesser berücksichtigt werden. Dadurch kommt es weniger häufigzu unbeabsichtigten Bremsvorgängen.

Hinsichtlich der Störanfälligkeit ist es dabei günstig, wenndas von der Kraft-Messeinrichtung erzeugte Messsignal quasivor Ort, d.h. mittels einer an der Bahnräumer-Haltevorrichtung angeordneten Einrichtung einer Signal-Vorverarbeitung zugeführt wird. Bei dem Messsignal kann essich beispielsweise um ein analoges oder digitales Signalhandeln. Günstig ist hierbei, wenn das Messsignalhinsichtlich Plausibilität geprüft und als verstärktes Signalzu einer Auswerteeinheit weitergeleitet wird.

Es kann eine Ausführung bevorzugt sein, bei der dieBahnräumer-Haltevorrichtung durch zumindest zwei vertikalangeordnete Federelemente gebildet ist, wobei jedesFederelement an einem oberen Ende am Drehgestell und an einemunteren Ende am Bahnräumer befestigt ist. Durch die vertikaleAnordnung wird erreicht, dass das Eigengewicht desBahnräumers nicht auf den Messumformer lastet. Dadurch wirddie Messeinrichtung nicht durch Scherkräfte belastet.

Es kann hinsichtlich des Herstellungsaufwandes von Vorteilsein, wenn der Dehnung-Spannungswandler ein piezoelektrischerMessumformer oder ein Dehnung-Mess-Streifen ist.

Unbeabsichtigte Bremsvorgänge können insbesondere dadurchverhindert werden, wenn bei der bordseitigenSignalverarbeitung dieser Messumformer die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs berücksichtigt wird. Dadurch kommt esinsbesondere bei höheren Fahrgeschwindigkeiten weniger häufigzu einer unbeabsichtigten Bremsung.

Hierbei ist es günstig, wenn die elektronischeAuswerteeinheit als Digitalrechner ausgebildet ist und ineine Sicherheitsschleife bzw. in einen elektronischenFahrzeugbus eingebunden ist. Dadurch kann ein Bremsbefehl,der von der Auswerte Einheit erzeugt wird, direkt an dieentsprechenden Aktuator weitergeleitet werden, bzw. demFahrzeugführer gemeldet werden.

Eine einfache und robuste Ausführung kann so konstruiertsein, dass die Montagehalterung durch zwei vertikalangeordnete Blattfedern gebildet ist, die zueinander einenAbstand aufweisen, der in etwa der Breite desDrehgestellrahmens entspricht. Jede Blattfeder wirkt dabeiwie ein eingespannter Balken, der im Falle einesZusammenstoßes auf Biegung beansprucht wird, und gleichzeitigals Kraftsensor, der ein zeitabhängiges Kraftsignal an dieAuswerteeinheit sendet.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgendenTeil der Beschreibung auf Zeichnungen Bezug genommen, ausdenen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten undWeiterbildungen der Erfindung anhand nicht einschränkenderAusführungsbeispiele zu entnehmen sind.

Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welcherdie hängende Aufhängung des Bahnräumer-Balkensmittels zweier vertikal angeordneter Blattfedern ineiner schematischen Darstellung gezeigt ist;

Figur 2 eine vergrößerte Darstellung einer Blattfeder ausFigur 1, in welcher die Messeinrichtung vergrößertdargestellt ist;

Figur 3 ein Blockschaltbild, in welchem die Verbindung zwischen Messeinrichtung und Auswerteeinrichtungsowie deren Einbindung in Sicherheitsschleife undFahrzeugbus dargestellt ist.

Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt in einer schematischen Ansicht einenDrehgestellrahmen 5 eines Schienenfahrzeugs 1. DerDrehgestellrahmen 5 weist einen frontseitigen Radsatz 11 auf.In Fahrtrichtung (Pfeil) vor diesem Radsatz 11 ist ein querzur Fahrtrichtung angeordneter Bahnräumer-Balken 6 skizziert.Mittels einer Montagehalterung 7 ist dieser Bahnräumer-Balken6 am Drehgestellrahmen 5 befestigt.

Wie im Folgenden noch näher ausgeführt, bildet dieMontagehalterung 7 nicht nur eine mechanische Aufhängung fürden Bahnräumer-Balken 6, sondern fungiert gleichzeitig alsKraftsensor, der im Falle einer Kollision mit einem Hindernisdie dabei auftretende Kollisionskraft in ein proportionaleselektrisches Signal umformt und zu einer elektronischenAuswerteeinheit weiterleitet.

Die Montagehalterung 7 ist als Hängekonstruktion ausgeführt.Sie besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichenaus zwei vertikal angeordneten Federblechen bzw. Blattfedern 8. Jede dieser Blattfedern 8 ist aus einem im Querschnittrechteckförmigen Federstahl gebildet. Dieser Federstahl 8 istan einem oberen Ende 9 am Drehgestellrahmen befestigt. Einunteres Ende 10 einer jeden Blattfeder 8 ist mit dem quer zurFahrtrichtung liegenden Bahnräumer-Balken 6 verbunden. DieVerbindung kann dabei durch Schrauben, Nieten oder durchSchweißen hergestellt sein. Jede Blattfeder 8 wird dabei im

Falle einer Kollision wie ein einseitig eingespannter Balkenauf Biegung beansprucht.

Der Abstand 17 zwischen den Blattfedern 8 entspricht etwa derBreite des Drehgestellrahmens. Bei außen gelagertenDrehgestellen ist der Abstand etwas größer als die Spurweite,bei innen gelagerten Drehgestellen etwas kleiner als dieSpurweite.

Die Blattfedern 8 sind hinsichtlich ihrer

Materialbeschaffenheit und hinsichtlich ihres Querschnittesso bemessen, dass sich die im Fährbetrieb insbesondere beihöheren Geschwindigkeiten auftretenden Schwingungen und Stößenicht störend für die Hinderniserkennung auswirken.

Kommt es nun zu einer Kollision mit einem Hindernis das aufder Schiene bzw. im Schienenbett liegt, so wird dieHängekonstruktion nach hinten in Richtung Radsatz 11 gebogen.Diese entgegen der Fahrtrichtung liegende Durchbiegung derBlattfedern 8 ist ein Maß für die Größe des vom Bahnräumer-Balken 6 weggeräumt Hindernisses. Die elastische Verformungdes Federstahls 8 wird mittels einer Messeinrichtung 2, 3(Figur 2) gemessen. Indem der zeitliche Verlauf desKraftsignals bei der Kollision registriert wird, ist einedifferenzierte Erfassung des Kollisionsobjektes möglich.

Eine räumliche Anordnung dieser Messeinrichtung 2,3 zeigt dieschematische Darstellung der Figur 2. Auf einer Breitfläche12 einer Blattfeder 8 ist ein Dehnung-Spannungswandler 2 miteinem zugeordneten Messverstärker 3 zu sehen. Der Dehnung-Spannungswandler 2 und der Messverstärker 3 sind zwischen demoberen Ende 9 und dem unteren Ende 10 auf der gleichenBreitfläche 12 der Blattfeder 8 angeordnet. Am oberen undunteren Ende sind jeweils Löcher dargestellt, mit denen dieBlattfeder mit dem Drehgestellrahmen bzw. mit dem Bahnräumer-Balken verschraubt ist.

Die Anordnung von Blattfeder 8 und Dehnung-Spannungswandler 2fungiert wie bereits gesagt als Kraft-Weg-Umformer: DerDehnung-Spannungswandler 2 wandelt die bei einer Kollisionmit einem Hindernis auftretende elastische Verformung derBlattfeder 8 in ein proportionales elektrischesSpannungssignal um. Dieses Spannungssignal entspricht einemanalogen Kraft-Zeit-Verlauf. Das Signal wird über dieVerbindungsleitung 4 zunächst einem den Messumformer 2zugeordneten Messverstärker 3 zugeführt. Der Messverstärker 3verstärkt vor Ort das Signal des Dehnung-Spannungswandlers 2auf einen entsprechenden analogen Pegel, so dass dieSignalweiterleitung wenig störanfällig ist.

Das verstärkte elektrische Signal gelangt dann vomMessverstärker 3 über die Verbindungsleitung 4 zu einer anBord des Schienenfahrzeugs 1 befindlichen elektronischenAuswerteeinheit 13. Über die Verbindungsleitung 4 erfolgteinerseits die Energieversorgung für Messumformer 2 undMessverstärker 3, andererseits die Signalleitung zurAuswerteeinheit 13. die auswärtige Einheit ist im FolgendenAusführungsbeispiel ein Digitalrechner.

In der Auswerteeinheit 13 erfolgt nach einersignaltechnischen Analyse ein Vergleich mit einem von derFahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Auslöseschwellwert.Überschreitet das aufbereitete Messsignal einen vorgegebenenSchwellwert, so erfolgt eine direkte Öffnung einerSicherheitsschleife 15 und eine Zwangsbremsung desSchienenfahrzeugs 1 wird eingeleitet. Bleibt das aufbereiteteMesssignal unter einem vorgebbaren Schwellwert, so erfolgtüber einen internen Fahrzeugbus 16 eine Meldung an denFahrzeugführer. Der Schwellwert wird von der Auswerteeinheitin Abhängigkeit der Geschwindigkeit und gegebenenfallsanderer Fahrparameter, zum Beispiel Beschleunigung und Stöße,vorgegeben.

Der Vorteil der Erfindung liegt zunächst darin, dass eineKollision nicht wie bislang üblich nur als Schwellwert überwacht wird, sondern ein Hindernis differenziert erkanntwerden kann. Dadurch kann die Auslöseschwelle je nach Schweredes Zusammenstoßes und abhängig von derFahrzeuggeschwindigkeit vorgegeben werden. So kommt esweniger häufig zu unerwünschten Bremsvorgängen.

Die aus Federstahl hergestellte Montagehalterung istmechanisch robust und in der Herstellung einfach. AlsDehnung-Spannungswandler kommen handelsübliche Baukomponenteninfrage. Die Befestigung eines Piezo- oder Dehnung-Mess-Streifen kann auf einfache Weise und kostengünstig mittelseiner Klebeverbindung auf der Blattfeder erfolgen. Insgesamtsind die Herstellungskosten der als Kraftsensor ausgebildetenAufhängung des Bahnräumer-Balkens vergleichsweise gering.

Obwohl die Erfindung in Detail durch oben dargestelltebevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert undbeschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch dieoffenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationenkönnen vom Fachmann hieraus abgeleitet werden ohne denSchutzumfang der Erfindung zu verlassen.

So kann beispielsweise die oben beschriebene Aufhängung mitzwei Blattfedern durch eine andere Hänge-Konstruktion,beispielsweise mit mehreren Blattfedern realisiert werden.

Die vertikale Anordnung der Blattfedern kann auch leichtgeneigt sein. Selbstverständlich kann die Befestigung derFederelemente ebenso gut an einer Rahmenstruktur desSchienenfahrzeugs erfolgen. Ebenso können auf einerBlattfeder mehrere Messumformer und Verstärker angeordnetsein, wodurch sich die Zuverlässigkeit der Messeinrichtungverbessert.

Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Schienenfahrzeug 2 Dehnung-Spannungswandler 3 Messverstärker 4 Verbindungsleitung 5 Drehgestellrahmen 6 Bahnräumer-Balken 7 Montagehalterung 8 Federelement, Blattfeder 9 oberes Ende 10 unteres Ende 11 Radsatz 12 Breitfläche 13 Auswerteeinheit 14 Geschwindigkeitssignal 15 Sicherheitsschleife 16 Fahrzeugbus 17 Abstand zwischen 8

Claims (8)

1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei einemSchienenfahrzeug (1), mit einem Bahnräumer-Balken (6),der mittels einer Montagehalterung (7) vor dem inFahrtrichtung ersten Radsatz (11) am Drehgestellrahmen(5) des Schienenfahrzeugs (1) gehalten ist, dadurchgekennzeichnet, dass die Montagehalterung (7) durchvertikal angeordnete Federelemente (8) gebildet ist,dass jedes Federelement (8) an einem oberen Ende (9) mitdem Drehgestellrahmen (5) und an einem unteren Ende (10)mit dem Bahnräumer-Balken (6) befestigt ist, dass jedesFederelement (8) einen Dehnung-Spannungswandler (2)aufweist, der zwischen dem oberen Ende (9) und demunteren Ende (10) auf einer Breitfläche (12) einesFederelementes (8) angeordnet ist, und dass jederDehnung-Spannungswandler (2) über eine signalleitendeVerbindung (13) mit einer bordseitigen Auswerteeinheit(13) verbundenen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass jedes Federelement (8) als Blattfeder ausgebildetist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass die signalleitende Verbindung (13)über einen einem Dehnung-Spannungswandler (2)zugeordneten Messverstärker (3) führt, wobei Dehnung-Spannungswandler (2) und zugeordneter Messverstärker (3)gemeinsam auf der Breitfläche (12) einer Blattfeder (8)angeordnet sind.
4. 4 . Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Dehnung-Spannungswandler (2) einpiezoelektrischer Messumformer ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass der Dehnung-Spannungswandler (2)als Dehnung-Mess-Streifen ausgebildet ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass der Auswerteeinheit (13) einGeschwindigkeitssignal (14) des Schienenfahrzeugs (1)zugeführt ist, das bei der Auslösung eines Bremsvorgangsberücksichtigt ist.
7. 7 . Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (13) an eineSicherheitsschleife (14) und an einen elektronischenFahrzeugbus (15) angebunden ist.
8. 8 . Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagehalterung (7) durch zwei Blattfedern (8)gebildet ist, die zueinander einen Abstand (17)aufweisen, welcher der Breite des Drehgestellrahmensentspricht.