AT515578B1

AT515578B1 - Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei Schienenfahrzeugen

Info

Publication number: AT515578B1
Application number: ATA50180/2014A
Authority: AT
Inventors: Andreas Dipl Ing Fh Koller
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-12-15
Also published as: EP3116762B1; WO2015135752A1; EP3116762A1; MY190942A; AT515578A1; US20170015335A1; CN106103235B; CN106103235A; RU2647094C1; US10286936B2

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 SCHIENENFAHRZEUGENTECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Hinderniserkennung beiSchienenfahrzeugen mit einem Bahnräumer, der mittels einer Haltevorrichtung am Drehgestelleines Schienenfahrzeugs befestigt ist.

STAND DER TECHNIK

[0002] Von einem auf der Trasse eines Schienennetzes liegenden Fremdkörper kann im Falleeiner Kollision eine erhebliche Gefahr ausgehen. In der Schienenverkehrstechnik sind daherseit langem Schienenräumer bzw. Bahnräumer bekannt, mit denen ein Hindernis aus demFahrweg geräumt werden kann. Ein Bahnräumer besteht meist aus einer Stahlkonstruktion, miteinem quer zur Fahrtrichtung liegenden Kollisionsbalken. Der Kollisionsbalken wird mittels einerMontagehalterung am Hauptrahmen des Schienenfahrzeugs oder am Drehgestellrahmen be¬festigt. Verschiedene Verordnungen über den Bau und Betrieb eines Schienenfahrzeugesschreiben vor, dass ein solcher Bahnräumer vor dem in Fahrtrichtung ersten Radsatz und ineinem möglichst geringen Abstand von der Schienenoberkante angeordnet sein muss.

[0003] In der EP 2 548 783 A2 wird beispielsweise eine Kollisionserfassung bei einem Schie¬nenfahrzeug vorgeschlagen, bei der ein Bahnräumer mittels einer Montagehalterung gehaltenist, wobei bei Überschreiten einer vorgebbaren Intensität der Kollision eine geführte Auslegungdes Bahnräumers bezüglich der Montagehalterung freigegeben wird. Eine Hinderniserkennungim Sinne einer differenzierten Erfassung des Kollisionsobjektes ist damit nicht möglich.

[0004] Bekannte Bahnräumer haben den Nachteil, dass eine Aussage über die Kollision nur inForm einer Ja-Nein-Entscheidung gemacht werden kann. Liegt die Intensität der Kollision untereinem vorgegebenen Schwellwert, wird der Zusammenstoß überhaupt nicht erfasst. War dieIntensität des Zusammenstoßes größer, bleibt unbekannt, wie groß sie tatsächlich war.

[0005] Von Seiten der Betreiber von Schienenfahrzeugen wird aber zunehmend gefordert, dasseine Hinderniserkennung eine Kollision differenzierter erfasst. Beispielsweise soll die Hinder¬niserkennung in der Lage sein, einen vorgegebenen Massengrenzwert, beispielsweise 5 kg,möglichst zuverlässig zu erkennen und gegebenenfalls eine Schnellbremsung des Schienen¬fahrzeugs einleiten.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0006] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Hinderniserken¬nung bei Schienenfahrzeugen so anzugeben, dass eine genauere Aussage über die Kollisi¬onsmasse möglich ist und die möglichst einfach und kostengünstig herzustellen ist.

[0007] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

[0008] Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung dienen Federelemente sowohl zur Monta¬ge des Bahn räum er-Balkens, als auch zur Messung des Kraft-Zeit-Verlaufs im Falle einer Kolli¬sion. Die Montagehalterung des Bahnräumer-Balkens ist durch vertikal angeordnete Federele¬mente, bevorzugt Blattfedern gebildet, wobei jede Blattfeder an einem oberen Ende mit demDrehgestellrahmen und an einem unteren Ende mit dem Bahn räum er-Balken befestigt ist. JedeBlattfeder weist einen Messumformer in Form eines Dehnung-Spannungswandlers auf. DieserMessumformer ist zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende auf einer Breitflächeeiner Blattfeder angeordnet und über eine signalleitende Verbindung mit einer bordseitigenAuswerteeinheit verbunden. Dadurch ist es möglich, ein Hindernis differenziert zu erfassen, undnicht nur dann, wenn es einen fix vorgegebenen Kollision-Grenzwert überschreitet. Störeinflüs- se, die bei erhöhter Fahrgeschwindigkeit auftreten, können für die Folgehandlungen besserberücksichtigt werden. Dadurch kommt es weniger häufig zu unbeabsichtigten Bremsvorgän¬gen.

[0009] Hinsichtlich der Störanfälligkeit ist es dabei günstig, wenn das von der Kraft-Messeinrichtung erzeugte Messsignal quasi vor Ort, d.h. mittels einer an der Bahnräumer-Haltevorrichtung angeordneten Einrichtung einer Signal- Vorverarbeitung zugeführt wird. Beidem Messsignal kann es sich beispielsweise um ein analoges oder digitales Signal handeln.Günstig ist hierbei, wenn das Messsignal hinsichtlich Plausibilität geprüft und als verstärktesSignal zu einer Auswerteeinheit weitergeleitet wird.

[0010] Es kann eine Ausführung bevorzugt sein, bei der die Bahnräumer-Haltevorrichtungdurch zumindest zwei vertikal angeordnete Federelemente gebildet ist, wobei jedes Federele¬ment an einem oberen Ende am Drehgestell und an einem unteren Ende am Bahnräumerbefestigt ist. Durch die vertikale Anordnung wird erreicht, dass das Eigengewicht des Bahnräu¬mers nicht auf den Messumformer lastet. Dadurch wird die Messeinrichtung nicht durch Scher¬kräfte belastet.

[0011] Es kann hinsichtlich des Herstellungsaufwandes von Vorteil sein, wenn der Dehnung-Spannungswandler ein piezoelektrischer Messumformer oder ein Dehnung-Mess-Streifen ist.

[0012] Unbeabsichtigte Bremsvorgänge können insbesondere dadurch verhindert werden,wenn bei der bordseitigen Signalverarbeitung dieser Messumformer die Geschwindigkeit desSchienenfahrzeugs berücksichtigt wird. Dadurch kommt es insbesondere bei höheren Fahrge¬schwindigkeiten weniger häufig zu einer unbeabsichtigten Bremsung.

[0013] Hierbei ist es günstig, wenn die elektronische Auswerteeinheit als Digitalrechner ausge¬bildet ist und in eine Sicherheitsschleife bzw. in einen elektronischen Fahrzeugbus eingebundenist. Dadurch kann ein Bremsbefehl, der von der Auswerteeinheit erzeugt wird, direkt an dieentsprechenden Aktuator weitergeleitet werden, bzw. dem Fahrzeugführer gemeldet werden.

[0014] Eine einfache und robuste Ausführung kann so konstruiert sein, dass die Montagehalte¬rung durch zwei vertikal angeordnete Blattfedern gebildet ist, die zueinander einen Abstandaufweisen, der in etwa der Breite des Drehgestellrahmens entspricht. Jede Blattfeder wirktdabei wie ein eingespannter Balken, der im Falle eines Zusammenstoßes auf Biegung bean¬sprucht wird, und gleichzeitig als Kraftsensor, der ein zeitabhängiges Kraftsignal an die Auswer¬teeinheit sendet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

[0015] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung aufZeichnungen Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheitenund Weiterbildungen der Erfindung anhand nicht einschränkender Ausführungsbeispiele zuentnehmen sind.

[0016] Es zeigen: [0017] Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welcher die hängende Aufhängung des Bahnräumer-Balkens mittels zweier vertikal angeordneter Blattfedern ineiner schematischen Darstellung gezeigt ist; [0018] Figur 2 eine vergrößerte Darstellung einer Blattfeder aus Figur 1, in welcher die Mes¬ seinrichtung vergrößert dargestellt ist; [0019] Figur 3 ein Blockschaltbild, in welchem die Verbindung zwischen Messeinrichtung und

Auswerteeinrichtung sowie deren Einbindung in Sicherheitsschleife und Fahr¬zeugbus dargestellt ist.

AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0020] Figur 1 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Drehgestellrahmen 5 eines Schienen¬fahrzeugs 1. Der Drehgestellrahmen 5 weist einen frontseitigen Radsatz 11 auf. In Fahrtrich¬tung (Pfeil) vor diesem Radsatz 11 ist ein quer zur Fahrtrichtung angeordneter Bahnräumer-Balken 6 skizziert. Mittels einer Montagehalterung 7 ist dieser Bahnräumer-Balken 6 am Dreh¬gestellrahmen 5 befestigt.

[0021] Wie im Folgenden noch näher ausgeführt, bildet die Montagehalterung 7 nicht nur einemechanische Aufhängung für den Bahnräumer-Balken 6, sondern fungiert gleichzeitig als Kraft¬sensor, der im Falle einer Kollision mit einem Hindernis die dabei auftretende Kollisionskraft inein proportionales elektrisches Signal umformt und zu einer elektronischen Auswerteeinheitweiterleitet.

[0022] Die Montagehalterung 7 ist als Hängekonstruktion ausgeführt. Sie besteht im gezeigtenAusführungsbeispiel im Wesentlichen aus zwei vertikal angeordneten Federblechen bzw. Blatt¬federn 8. Jede dieser Blattfedern 8 ist aus einem im Querschnitt rechteckförmigen Federstahlgebildet. Dieser Federstahl 8 ist an einem oberen Ende 9 am Drehgestellrahmen befestigt. Einunteres Ende 10 einer jeden Blattfeder 8 ist mit dem quer zur Fahrtrichtung liegenden Bahn¬räumer-Balken 6 verbunden. Die Verbindung kann dabei durch Schrauben, Nieten oder durchSchweißen hergestellt sein. Jede Blattfeder 8 wird dabei im Falle einer Kollision wie ein einseitigeingespannter Balken auf Biegung beansprucht.

[0023] Der Abstand 17 zwischen den Blattfedern 8 entspricht etwa der Breite des Drehgestell¬rahmens. Bei außen gelagerten Drehgestellen ist der Abstand etwas größer als die Spurweite,bei innen gelagerten Drehgestellen etwas kleiner als die Spurweite.

[0024] Die Blattfedern 8 sind hinsichtlich ihrer Materialbeschaffenheit und hinsichtlich ihresQuerschnittes so bemessen, dass sich die im Fährbetrieb insbesondere bei höheren Ge¬schwindigkeiten auftretenden Schwingungen und Stöße nicht störend für die Hinderniserken¬nung auswirken.

[0025] Kommt es nun zu einer Kollision mit einem Hindernis das auf der Schiene bzw. imSchienenbett liegt, so wird die Hängekonstruktion nach hinten in Richtung Radsatz 11 gebogen.Diese entgegen der Fahrtrichtung liegende Durchbiegung der Blattfedern 8 ist ein Maß für dieGröße des vom Bahnräumer-Balken 6 weggeräumten Hindernisses. Die elastische Verformungdes Federstahls 8 wird mittels einer Messeinrichtung 2, 3 (Figur 2) gemessen. Indem der zeitli¬che Verlauf des Kraftsignals bei der Kollision registriert wird, ist eine differenzierte Erfassungdes Kollisionsobjektes möglich.

[0026] Eine räumliche Anordnung dieser Messeinrichtung 2,3 zeigt die schematische Darstel¬lung der Figur 2. Auf einer Breitfläche 12 einer Blattfeder 8 ist ein Dehnung-Spannungswandler2 mit einem zugeordneten Messverstärker 3 zu sehen. Der Dehnung-Spannungswandler 2 undder Messverstärker 3 sind zwischen dem oberen Ende 9 und dem unteren Ende 10 auf dergleichen Breitfläche 12 der Blattfeder 8 angeordnet. Am oberen und unteren Ende sind jeweilsLöcher dargestellt, mit denen die Blattfeder mit dem Drehgestellrahmen bzw. mit dem Bahn¬räumer-Balken verschraubt ist.

[0027] Die Anordnung von Blattfeder 8 und Dehnung-Spannungswandler 2 fungiert wie bereitsgesagt als Kraft-Weg-Umformer: Der Dehnung-Spannungswandler 2 wandelt die bei einerKollision mit einem Hindernis auftretende elastische Verformung der Blattfeder 8 in ein proporti¬onales elektrisches Spannungssignal um. Dieses Spannungssignal entspricht einem analogenKraft-Zeit-Verlauf. Das Signal wird über die Verbindungsleitung 4 zunächst einem dem Mess¬umformer 2 zugeordneten Messverstärker 3 zugeführt. Der Messverstärker 3 verstärkt vor Ortdas Signal des Dehnung-Spannungswandlers 2 auf einen entsprechenden analogen Pegel, sodass die Signalweiterleitung wenig störanfällig ist.

[0028] Das verstärkte elektrische Signal gelangt dann vom Messverstärker 3 über die Verbin-dungsleitung 4 zu einer an Bord des Schienenfahrzeugs 1 befindlichen elektronischen Auswer- teeinheit 13. Über die Verbindungsleitung 4 erfolgt einerseits die Energieversorgung für Mess¬umformer 2 und Messverstärker 3, andererseits die Signalleitung zur Auswerteeinheit 13. Dieauswärtige Einheit ist im Folgenden Ausführungsbeispiel ein Digitalrechner.

[0029] In der Auswerteeinheit 13 erfolgt nach einer signaltechnischen Analyse ein Vergleich miteinem von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Auslöseschwellwert. Überschreitet dasaufbereitete Messsignal einen vorgegebenen Schwellwert, so erfolgt eine direkte Öffnung einerSicherheitsschleife 15 und eine Zwangsbremsung des Schienenfahrzeugs 1 wird eingeleitet.Bleibt das aufbereitete Messsignal unter einem vorgebbaren Schwellwert, so erfolgt über eineninternen Fahrzeugbus 16 eine Meldung an den Fahrzeugführer. Der Schwellwert wird von derAuswerteeinheit in Abhängigkeit der Geschwindigkeit und gegebenenfalls anderer Fahrparame¬ter, zum Beispiel Beschleunigung und Stöße, vorgegeben.

[0030] Der Vorteil der Erfindung liegt zunächst darin, dass eine Kollision nicht wie bislang üblichnur als Schwellwert überwacht wird, sondern ein Hindernis differenziert erkannt werden kann.Dadurch kann die Auslöseschwelle je nach Schwere des Zusammenstoßes und abhängig vonder Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegeben werden. So kommt es weniger häufig zu uner¬wünschten Bremsvorgängen.

[0031] Die aus Federstahl hergestellte Montagehalterung ist mechanisch robust und in derHerstellung einfach. Als Dehnung-Spannungswandler kommen handelsübliche Baukomponen¬ten infrage. Die Befestigung eines Piezo- oder Dehnung-Mess-Streifen kann auf einfache Weiseund kostengünstig mittels einer Klebeverbindung auf der Blattfeder erfolgen. Insgesamt sind dieHerstellungskosten der als Kraftsensor ausgebildeten Aufhängung des Bahnräumer-Balkensvergleichsweise gering.

[0032] Obwohl die Erfindung im Detail durch oben dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispie¬le näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Bei¬spiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werdenohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

[0033] So kann beispielsweise die oben beschriebene Aufhängung mit zwei Blattfedern durcheine andere Hänge-Konstruktion, beispielsweise mit mehreren Blattfedern realisiert werden. Dievertikale Anordnung der Blattfedern kann auch leicht geneigt sein. Selbstverständlich kann dieBefestigung der Federelemente ebenso gut an einer Rahmenstruktur des Schienenfahrzeugserfolgen. Ebenso können auf einer Blattfeder mehrere Messumformer und Verstärker angeord¬net sein, wodurch sich die Zuverlässigkeit der Messeinrichtung verbessert.

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

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei einem Schienenfahrzeug (1), mit einem Bahnräu¬mer-Balken (6), der mittels einer Montagehalterung (7), die an ihrem oberen Ende mit demDrehgestellrahmen (5) verbunden ist, und an deren unteren Ende der Bahnräumer-Balken(6) befestigt ist, vor dem in Fahrtrichtung ersten Radsatz (11) am Drehgestellrahmen (5)des Schienenfahrzeugs (1) gehalten ist und mit einer bordseitigen Auswerteeinheit (13),dadurch gekennzeichnet, dass die Montagehalterung (7) durch vertikal angeordnete Fe¬derelemente (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 jedes Federelement (8) einen Dehnung-Spannungswandler (2) auf¬weist, der zwischen dem oberen Ende (9) und dem unteren Ende (10) auf einer Breitfläche (12) eines Federelementes (8) angeordnet ist, und dass jeder Dehnung-Spannungswandler(2) über eine signalleitende Verbindung (13) mit der bordseitigen Auswerteeinheit (13) ver¬bunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Federelement (8) alsBlattfeder ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die signalleitendeVerbindung (13) über einen einem Dehnung-Spannungswandler (2) zugeordneten Mess¬verstärker (3) führt, wobei Dehnung-Spannungswandler (2) und zugeordneter Messver¬stärker (3) gemeinsam auf der Breitfläche (12) einer Blattfeder (8) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnung-Spannungs¬wandler (2) ein piezoelektrischer Messumformer ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnung-Spannungswandler (2) als Dehnung-Mess-Streifen ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinheit (13) ein Geschwindigkeitssignal (14) des Schienenfahrzeugs (1) zugeführt ist, das bei derAuslösung eines Bremsvorgangs berücksichtigt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (13) aneine Sicherheitsschleife (14) und an einen elektronischen Fahrzeugbus (15) angebundenist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagehalterung (7)durch zwei Blattfedern (8) gebildet ist, die zueinander einen Abstand (17) aufweisen, wel¬cher der Breite des Drehgestellrahmens entspricht. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen