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Gleisstromkreise versus Raddetektion und Achszählung im Nahverkehr Raddetektions- und Achszählsysteme stellen die Basisinformation für die Gleisfreimeldung, zur Steuerung von Bahnübergangsanlagen, sowie eine Reihe von Schaltaufgaben oder Triggerfunktionen zur Verfügung. Im Bereich der Vollbahnen ist diese Technologie weltweit etabliert und verdrängt zunehmend die Gleisstromkreise. WHITE PAPER | DE Die Anforderungen sowie die Rahmenbedingungen im schienengebundenen Nahverkehr unterscheiden sich jedoch maßgeblich von jenen im Voll- bzw. Fernbahnsektor. Dennoch ist auch in diesem Segment ein Trend zu Raddetektions- und Achszählsystemen feststellbar. Dieses Whitepaper bietet einen Überblick über die Besonderheiten im Nahverkehr und den daraus resultierenden Herausforderungen für Gleisstromkreise sowie Raddetektions- und Achszählsysteme. Es werden die Vor- und Nachteile der einzelnen Technologien gegenübergestellt. Autor: Gerhard Grundnig Christian Pucher Feb 2013 Frauscher Sensortechnik GmbH Gewerbestr. 1 | 4774 St. Marienkirchen | AUSTRIA T: +43 7711 2920-0 | F: +43 7711 2920-25 E: office@frauscher.com | www.frauscher.com © Frauscher Sensortechnik GmbH | 2013 | DE

<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong><br />

<strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

<strong>Raddetektion</strong>s- <strong>und</strong> Achszählsysteme stellen die Basisinform<strong>at</strong>ion<br />

für die Gleisfreimeldung, zur Steuerung von Bahnübergangsanlagen,<br />

sowie eine Reihe von Schaltaufgaben oder Triggerfunktionen zur Verfügung.<br />

Im Bereich der Vollbahnen ist diese Technologie weltweit etabliert<br />

<strong>und</strong> verdrängt zunehmend die <strong>Gleisstromkreise</strong>.<br />

WHITE PAPER | DE<br />

Die Anforderungen sowie die Rahmenbedingungen im schienengeb<strong>und</strong>enen<br />

Nahverkehr unterscheiden sich jedoch maßgeblich von jenen im<br />

Voll- bzw. Fernbahnsektor. Dennoch ist auch in diesem Segment ein<br />

Trend zu <strong>Raddetektion</strong>s- <strong>und</strong> Achszählsystemen feststellbar.<br />

Dieses Whitepaper bietet einen Überblick über die Besonderheiten<br />

im Nahverkehr <strong>und</strong> den daraus resultierenden Herausforderungen<br />

für <strong>Gleisstromkreise</strong> sowie <strong>Raddetektion</strong>s- <strong>und</strong> Achszählsysteme. Es<br />

werden die Vor- <strong>und</strong> Nachteile der einzelnen Technologien gegenübergestellt.<br />

Autor:<br />

Gerhard Gr<strong>und</strong>nig<br />

Christian Pucher<br />

Feb 2013<br />

Frauscher Sensortechnik GmbH<br />

Gewerbestr. 1 | 4774 St. Marienkirchen | AUSTRIA<br />

T: +43 7711 2920-0 | F: +43 7711 2920-25<br />

E: office@frauscher.com | www.frauscher.com<br />

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<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

INHALTSVERZEICHNIS<br />

1. Geschichte des Nahverkehrs 4<br />

2. Formen des schienengeb<strong>und</strong>enen Nahverkehrs 4<br />

2.1 Stadtbahnen 4<br />

2.2 Straßenbahnen 5<br />

2.3 Schnellbahnen 5<br />

3. Rechtliche Rahmenbedingungen (EBO vs. BOStrab) 5<br />

4. Besondere Anforderungen des SPNV 6<br />

4.1 Fahrzeuge, rollendes M<strong>at</strong>erial 6<br />

4.2 Bahnkörper <strong>und</strong> Umgebung 8<br />

5. <strong>Gleisstromkreise</strong> im Nahverkehr 9<br />

6. <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr 10<br />

7. <strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> 11<br />

<strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

Liter<strong>at</strong>urverzeichnis 13<br />

Über Frauscher<br />

Die Frauscher Sensortechnik GmbH ist der führende Anbieter induktiver <strong>Raddetektion</strong> für<br />

den Eins<strong>at</strong>z in der Bahnindustrie. Das Unternehmen wurde 1986 durch Josef Frauscher<br />

gegründet <strong>und</strong> beschäftigt mehr als 125 Mitarbeiter. Die Exportquote des Unternehmens<br />

beträgt 90%. Das Portfolio von Frauscher Sensortechnik umfasst die Entwicklung, Planung<br />

<strong>und</strong> Produktion innov<strong>at</strong>iver, hochverfügbarer <strong>und</strong> sicherer Sensorik sowie <strong>Raddetektion</strong>s<strong>und</strong><br />

Achszählsysteme für die unterschiedlichsten Anwendungen in der Bahntechnik. Dazu<br />

gehört auch die individuelle Planung <strong>und</strong> Projektierung sowie die Install<strong>at</strong>ions- <strong>und</strong> Inbetriebnahmeunterstützung.<br />

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<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

EXECUTIVE SUMMARY<br />

Die Praxiserfahrung aus Nahverkehrsprojekten in vielen Ländern weltweit zeigt,<br />

dass die Vorteile moderner <strong>Raddetektion</strong>s- <strong>und</strong> Achszählsysteme auch in diesem<br />

Segment deutlich überwiegen. Voraussetzung dafür sind jedoch projektspezifische<br />

Adaptierungen, die gemeinsam mit Betreiber, Systemintegr<strong>at</strong>or <strong>und</strong> Achszählhersteller<br />

im Vorfeld zu diskutieren <strong>und</strong> zu erarbeiten sind. Der Gr<strong>und</strong> dafür ist, dass<br />

die Rahmenbedingungen aufgr<strong>und</strong> der unterschiedlichsten Fahrzeugtypen <strong>und</strong><br />

baulichen Gegebenheiten k<strong>und</strong>enspezifische, oftmals sogar projektspezifische<br />

Lösungen erfordern.<br />

In diesem Segment sind die Herausforderungen an den Hersteller von <strong>Raddetektion</strong>s-<br />

<strong>und</strong> Achszählsysteme besonders hoch. Er muss über umfassendes Knowhow<br />

sowie über weitreichende Dienstleistungen, wie Ber<strong>at</strong>ung, Labortests oder<br />

Trials verfügen <strong>und</strong> in der Lage sein, seine Hard- <strong>und</strong> Softwarekomponenten an die<br />

jeweiligen Rahmenbedingungen anzupassen können.<br />

Neue Linien <strong>und</strong> Projekte werden immer öfter mit modernen Achszählsystemen<br />

ausgerüstet, da die Vorteile hinsichtlich Funktionalität <strong>und</strong> Betriebskosten bei<br />

Weitem überwiegen. Es ist nun auch im schienengeb<strong>und</strong>enen Nahverkehr eine<br />

klare Technologiewende von <strong>Gleisstromkreise</strong>n hin zu <strong>Raddetektion</strong>s- <strong>und</strong> Achszählsystemen<br />

erkennbar.<br />

© Frauscher Sensortechnik GmbH | 2013 | DE Seite 3


<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

1. Geschichte des Nahverkehrs<br />

Historisch gesehen h<strong>at</strong> der öffentliche Personennahverkehr seine Wurzeln in regelmäßigen<br />

Fährverbindungen über Flüsse <strong>und</strong> Seen. In der zweiten Hälfte des 19. Jahrh<strong>und</strong>erts<br />

erlebte der Schienenpersonennahverkehr (SPNV) einen gewaltigen<br />

Aufschwung, da sich aufgr<strong>und</strong> der industriellen Revolution die Städte <strong>und</strong> Industrieregionen<br />

räumlich ausdehnten <strong>und</strong> die Bevölkerungsdichte zunahm.<br />

Die Verkehrsträger reagierten darauf zunächst mit dem Ausbau der Pferdebahnen,<br />

ab 1890 aber begann der Siegeszug sowohl der elektrischen Straßenbahnen (Tram,<br />

Trambahn, Elektrische) als auch der elektrisch betriebenen U-Bahnen. In Millionenstädten<br />

nahm der Verkehr allerdings so rasch zu, dass bereits um 1900 Verkehrsstaus<br />

<strong>und</strong> Unzuverlässigkeiten den Straßenbahnen zu schaffen machten. Um die<br />

Leistungsfähigkeit des ÖPNV zu stärken, erhielten die Bahnen deshalb teilweise<br />

eigene Trassen über bzw. unter der Erdoberfläche (Hochbahn, U-Bahn, Metro <strong>und</strong><br />

S-Bahn).<br />

Als sich Mitte der 1950er-Jahre das Auto in Europa zunehmend zum Massenverkehrsmittel<br />

entwickelte, sanken die Fahrgastzahlen im SPNV. Erst im Zuge der<br />

beginnenden Umweltdiskussion Anfang der 1970er-Jahre wurde durch die Bildung<br />

von Verkehrsverbünden nach dem Motto „Verschiedene Verkehrsunternehmen, aber<br />

nur eine Fahrkarte“ <strong>und</strong> mit einer abgestimmten, unternehmensunabhängigen Fahrplangestaltung<br />

versucht, verlorenes Terrain zurückzugewinnen.<br />

Heute ist der schienengeb<strong>und</strong>ene Nahverkehr die wichtigste Säule im SPNV.<br />

2. Formen des schienengeb<strong>und</strong>enen Nahverkehrs<br />

Die einzelnen Formen des Schienenpersonennahverkehrs (SPNV) lassen sich zueinander<br />

abgrenzen bzw. definieren. [1]<br />

2.1 Stadtbahnen<br />

Stadtbahnen werden streckenweise vom Straßenverkehr völlig unabhängig als<br />

U-Bahnen geführt. In den Außenbereichen verkehren sie oberirdisch auf besonderen<br />

Bahnkörpern, wobei höhengleiche Kreuzungen mit dem Straßenverkehr üblich sind,<br />

Bild 1: Stadtbahnen zählen auf innov<strong>at</strong>ive Achszähltechnik<br />

© Frauscher Sensortechnik GmbH | 2013 | DE Seite 4


<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

ohne dass den Stadtbahnen ein absoluter Vorrang im Programm der Signalanlagen<br />

des Straßenverkehrs eingeräumt wird.<br />

2.2 Straßenbahnen<br />

Straßenbahnen sind elektrisch betriebene Schienenbahnen, die entweder auf in der<br />

Straße eingelassenen Rillenschienen (straßenbündiger Bahnkörper) oder auf besonderem<br />

Bahnkörper geführt werden. Straßenbahnen unterliegen bei Benutzung des<br />

öffentlichen Verkehrsraumes den Vorschriften der lokalen Straßenverkehrsordnung.<br />

Bild 2: Moderne Straßenbahnsystem setzen auf Achszählsysteme<br />

2.3 Schnellbahnen<br />

Stadtschnellbahnen sind vorwiegend elektrisch betriebene, in sich geschlossene<br />

Schienenbahnsysteme, welche dem öffentlichen Personenverkehr innerhalb einer<br />

Stadt (Hoch- <strong>und</strong> Untergr<strong>und</strong>bahn) oder einer Stadtregion (S-Bahn) dienen <strong>und</strong><br />

während der gesamten täglichen Betriebszeit in starrem Fahrplan mit kurzen Zugfolgen<br />

verkehren. An den nur gelegentlich niveaugleichen Kreuzungen mit dem Straßenverkehr<br />

haben Schnellbahnen absoluten Vorrang.<br />

3. Rechtliche Rahmenbedingungen<br />

Die Eisenbahn-Bau- <strong>und</strong> Betriebsordnung (EBO) ist eine in Deutschland entstandene<br />

<strong>und</strong> gültige Verordnung für den Bau <strong>und</strong> Betrieb von Eisenbahnen. Meist wird die<br />

EBO auch im intern<strong>at</strong>ionalen Umfeld als Maßstab <strong>und</strong> Orientierungshilfe herangezogen.<br />

Ziel der EBO ist es, sämtliche Bahnanlagen <strong>und</strong> Fahrzeuge so zu normieren,<br />

dass sie den Anforderungen der Sicherheit genügen. Es wird die Bau- <strong>und</strong> Betriebsweise<br />

zahlreicher Bahneinrichtungen geregelt (z. B. Bahnsteige, Bahnübergänge,<br />

Signale, Weichen etc.) sowie etliche Begriffe für Bahnanlagen <strong>und</strong> deren Betrieb<br />

definiert.<br />

Eisenbahnen entstanden im Allgemeinen als Verbindung von Städten, Regionen,<br />

Ländern <strong>und</strong> Kontinenten. Schnelle Züge im Personenverkehr <strong>und</strong> schwere Züge im<br />

Güterverkehr werden in der Regel auf denselben Gleisen geführt. Eisenbahnen haben<br />

immer einen besonderen Bahnkörper <strong>und</strong> die Zugfolge wird im Raumabstand durch<br />

Signale geregelt. In diesem intern<strong>at</strong>ional vernetzten System „Eisenbahn“ kommt die<br />

EBO zum Eins<strong>at</strong>z.<br />

© Frauscher Sensortechnik GmbH | 2013 | DE Seite 5


<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

In den Städten entwickelte sich aus der Pferdetram die Straßenbahn, die in den<br />

folgenden h<strong>und</strong>ert Jahren schließlich zur Stadtbahn wurde. Die Triebfahrzeugführer<br />

können meist auf Sicht fahren <strong>und</strong> sind für den Fahrweg selbst verantwortlich. Dies<br />

gilt jedoch nicht in Tunneln <strong>und</strong> auf eingleisigen Strecken.<br />

Stadtschnellbahnen, wie U-Bahnen, sind historisch gewachsen <strong>und</strong> daher meist eine<br />

lokale Angelegenheit. Anwenderübergreifend versucht hier die Verordnung über den<br />

Bau <strong>und</strong> Betrieb von Straßenbahnen (BOStrab) ein Regelwerk zu sein.<br />

Wesentliche Unterschiede zwischen EBO <strong>und</strong> BOStrab sind nachstehend angeführt:<br />

• Entwurfsparameter für den Gleisbau<br />

• Regellichtraumprofil<br />

• Bahnübergänge<br />

• Fahrgeschwindigkeiten<br />

• Fahrzeugvorgaben<br />

• Bremsvermögen<br />

4. Besondere Anforderungen des SPNV<br />

Im Nahverkehr ergeben sich meist wesentlich differenziertere Anforderungen an die<br />

<strong>Raddetektion</strong>s- <strong>und</strong> Achszählsystemtechnik als bei Vollbahnen. Im Folgenden wird<br />

versucht, diese Vielfalt <strong>und</strong> Komplexität zu skizzieren.<br />

4.1 Fahrzeuge, rollendes M<strong>at</strong>erial<br />

Wie eingangs erwähnt, ermöglicht die BOStrab gegenüber der EBO einen erheblich<br />

großzügigeren Gestaltungsspielraum bei der baulichen Ausführung von Fahrzeugen.<br />

Dies ist mitunter historisch, aber auch hersteller- bzw. betreiberbedingt. Gleisfreimeldeanlagen<br />

müssen mit diesen Gegebenheiten vollständig komp<strong>at</strong>ibel sein.<br />

4.1.1 Radgeometrien <strong>und</strong> Spurkränze<br />

Es gibt hohe <strong>und</strong> niedrige Spurkränze, breite <strong>und</strong> schmale Laufflächen, sowie ein<br />

weites Spektrum an Raddurchmessern. Diese Radgeometrien <strong>und</strong> Spurkränze haben<br />

unmittelbaren Einfluss auf eine sichere <strong>Raddetektion</strong>. Kleine Raddurchmesser bis zu<br />

300 mm <strong>und</strong> kleine Spurkränze bis zu 20 mm Höhe sind keine Seltenheit. Das Spektrum<br />

der diesbezüglichen Abmessungen ist sehr groß <strong>und</strong> muss beherrscht werden.<br />

4.1.2 Drehgestellgeometrien <strong>und</strong> Magnetschienenbremsen<br />

Radsensoren haben definierte <strong>und</strong> eindeutig bestimmbare Einwirk- bzw. Sensibiliätsbereiche.<br />

Demzufolge ist die Empfindlichkeit gegenüber sich nähernden Eisenmassen<br />

entsprechend differenziert. Bei Straßenbahnen, Metros, Unterflurfahrzeugen <strong>und</strong><br />

Nahverkehrszügen können optimierte Drehgestellgeometrien in Kombin<strong>at</strong>ion mit<br />

Magnetschienenbremsen häufig zu Problemen bei einer sicheren <strong>und</strong> verfügbaren<br />

<strong>Raddetektion</strong> führen.<br />

Die Bilder zeigen einen kleinen Querschnitt über mögliche Anordnungen von Magnetschienenbremsen<br />

in Drehgestellen. Die daraus resultierenden Verläufe des analogen<br />

Radsensorstromes sind dargestellt.<br />

Die unterschiedlichen Beeinflussungen der Magnetschienenbremsen sind klar ersichtlich.<br />

Zudem erschweren unterschiedliche Montagehöhen <strong>und</strong> -positionen die sichere<br />

<strong>und</strong> zuverlässige Differenzierung von Achse <strong>und</strong> Magnetschienenbremse. [2]<br />

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<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

Bild 3: Darstellung analoger Sensorsignale aufgr<strong>und</strong> unterschiedlicher<br />

Drehgestellgeometrien <strong>und</strong> Magnetschienenbremsen<br />

4.1.3 Schienenrückströme<br />

Schienenrückströme verursachen konzentrische um die Schiene verlaufende Magnetfelder,<br />

welche im Einflussbereich der <strong>Raddetektion</strong>skomponenten liegen. Bei Fahrleitungskurzschlüssen<br />

können Schienenrückströme von 15 kA <strong>und</strong> höher auftreten.<br />

4.1.4 Magnetfelder<br />

IGBT-Umrichter bzw. verlustarme Leistungsinverter erfordern hohe Schaltfrequenzen<br />

<strong>und</strong> steile Schaltflanken. Unter den Schienenfahrzeugen ist deshalb mit störenden<br />

Magnetfeldern zu rechnen, welche eine hohe Bandbreite energietechnischer<br />

Frequenzen aufweisen.<br />

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<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

4.1.5 Wartungsfahrzeuge<br />

Neben Regelfahrzeugen verkehren meist außerhalb der Betriebsst<strong>und</strong>en unterschiedliche<br />

Wartungsfahrzeuge wie Trolleys für M<strong>at</strong>erialien <strong>und</strong> Werkzeuge, Zweiwege- oder<br />

Inspektionsfahrzeuge. Diese weisen oft sehr eigenwillige Konstell<strong>at</strong>ionen in Bezug auf<br />

Drehgestell- <strong>und</strong> Radgeometrien auf.<br />

4.2 Bahnkörper <strong>und</strong> Umgebung<br />

Der Bahnkörper <strong>und</strong> dessen Umgebung unterscheiden sich in vielen Gesichtspunkten<br />

im Nahverkehr erheblich von jenen der Vollbahn.<br />

4.2.1 Traktion<br />

m Nahverkehrsbereich werden neben vereinzelten Wechselspannungstraktionen vorwiegend<br />

Gleichstromtraktionen eingesetzt. Die Bandbreite reicht hierbei von 600 bis<br />

1500 V DC. Die Anordnung der Gleichstromschiene kann als Oberleitung, jedoch<br />

auch als sogenannte „dritte“ Schiene im oder neben dem Gleisbett angeordnet sein.<br />

Bild 4 zeigt eine Hochbahnanwendung in Deutschland mit Gleichstromtraktion (750 V<br />

DC), welche in einer dritten Schiene neben dem Gleis geführt ist.<br />

Bild 4: <strong>Raddetektion</strong>ssysteme müssen u.a. resistent gegenüber parallel<br />

zum Gleis geführten Gleichstromtraktionen sein<br />

4.2.2 Schienenprofile<br />

Die Räder bzw. die Spurkränze von Straßenbahnen sind oft in Rillenschienen geführt.<br />

Die Rillenschiene ist hierbei mit Beton bzw. festem Belagsm<strong>at</strong>erial umgeben.<br />

Bild 5: Robuste <strong>und</strong> kompakte Einhausung der <strong>Raddetektion</strong>skomponenten<br />

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<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

4.2.3 Überflutungen <strong>und</strong> Überschwemmungen<br />

Mögliche Überflutungen <strong>und</strong> Überschwemmungen im Umfeld der Rillenschiene <strong>und</strong><br />

der geschlossenen Bauweise erfordern spezielle Schutzmaßnahmen für die <strong>Raddetektion</strong>skomponente<br />

am Gleis, deren Verkabelung <strong>und</strong> an den Klemmstellen.<br />

4.2.4 Befahren <strong>und</strong> Betreten<br />

Speziell im Umfeld Nahverkehr kann es vorkommen, dass <strong>Raddetektion</strong>spunkte<br />

befahren, betreten oder verschmutzt werden. Mit technischen, funktionalen <strong>und</strong> baulichen<br />

Maßnahmen muss hier Abhilfe geschaffen werden.<br />

5. <strong>Gleisstromkreise</strong> im Nahverkehr<br />

Ein Gleisstromkreis arbeitet mit einem Gleisabschnitt zusammen, in dem eine oder<br />

beide Schienen gegeneinander <strong>und</strong> gegen Erde isoliert sind. An die isolierte Schiene<br />

(bzw. an isolierte Schienen) wird eine elektrische Spannung von 1 V bis 3 V angelegt<br />

(Ruhestromprinzip). Solange der Stromkreis nicht unterbrochen wird, zeigt die Gleisfreimeldeanlage<br />

frei an. Wird der Stromkreis – z. B. über die Achsen eines Schienenfahrzeuges<br />

zur anderen Schiene kurzgeschlossen oder auf Gr<strong>und</strong> einer technischen<br />

Störung – unterbrochen, zeigt die Gleisfreimeldeanlage besetzt an.<br />

Bei der Anwendung von <strong>Gleisstromkreise</strong>n sind nachfolgend genannte Punkte hinsichtlich<br />

der Planung der Betriebsanlage, der Fahrzeuge sowie der Instandhaltung zu<br />

beachten <strong>und</strong> zu bewerten: [3]<br />

• Immissionsempfindlich gegen Störströme von Fahrzeugen<br />

• Bettungswiderstand der Gleisabschnitte<br />

• Achsnebenschluss der Fahrzeuge<br />

• Instandhaltungsaufwand für Trennstöße<br />

• neben der physikalischen Freimeldung ist zusätzlich eine logische Freimeldung<br />

auf Stellwerksebene erforderlich<br />

• restriktive Vermaschung der Triebrückstromführung bei elektrifizierten Bahnen<br />

• isolierter Aufbau der am Gleis montierten Komponenten erforderlich<br />

• Überwachung langer Streckenabschnitte aufwändig<br />

• ggf. Verfügbarkeitseinschränkung durch Schmierfilmbildung oder Schmutz zwischen<br />

Rad <strong>und</strong> Schiene<br />

Neben Zwängen in der Projektierung ist der Eins<strong>at</strong>z von <strong>Gleisstromkreise</strong>n mit hohem<br />

Investitions- <strong>und</strong> Instandhaltungsaufwand verb<strong>und</strong>en (Isolierstöße, Verbinder, Vermaschung,<br />

Gleisanschlüsse).<br />

Als häufiges Argument für <strong>Gleisstromkreise</strong> wird das Erkennen von Schienenbrüchen<br />

genannt. Dieser Zusammenhang kann jedoch nur bedingt hergestellt werden.<br />

Aufgr<strong>und</strong> der Vermaschung von Stromrückführungskabeln bei Fahrschienen<br />

kann in diesen Bereichen ein Schienenbruch durch den Gleiskreis nicht erkannt werden<br />

(Überbrückung). Eine Offenbarung von Schienenbrüchen kann nur an isolierten<br />

Schienenabschnitten erfolgen [3].<br />

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<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

6. <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

Die Frauscher-Radsensoren werden an der Gleisinnenseite der Schiene montiert <strong>und</strong><br />

erfassen die Einwirkung des Spurkranzes mit nach oben gerichteten Spulen. Die<br />

Feldlinien der Senderspule, die sich beispielsweise beim Radsensor RSR180 mittig<br />

im Radsensorgehäuse befindet, durchfluten die beiden Sensorspulen. Bei einer Überfahrt<br />

verändern sich die induzierten Spannungen in Folge der Beugung der Feldlinien.<br />

Dieser Effekt wird zur Erfassung des Spurkranzes des Rades <strong>und</strong> somit zur Detektion<br />

der Achse benutzt.<br />

Die Radsensoren bestehen aus zwei Sensorsystemen, wobei die beiden Empfangsspulen<br />

nebeneinander entlang der Schiene angeordnet sind. Somit kann, einerseits<br />

die eindeutige Richtungsdetektion des Fahrzeuges <strong>und</strong> andererseits das Sicherheitsniveau<br />

(CENELEC SIL 4) gewährleistet werden. Die beiden Signalwerte stehen am<br />

Radsensor als eingeprägte Stromwerte zur Verfügung <strong>und</strong> können über die<br />

Kabelstrecke von einer intelligenten Auswertebaugruppe in der Innenanlage mit<br />

unterschiedlichen Algorithmen ausgewertet bzw. analysiert werden.<br />

Bei der Anwendung von Achszählanlagen sind folgende Punkte zu beachten: [3]<br />

• Erstellen einer Betriebsvorschrift für Achszählgr<strong>und</strong>stellung<br />

• Permissive Fahrweise in Verbindung mit der Achszählgr<strong>und</strong>stellung problemtisch<br />

• bei nicht präziser Einstellung werden erregte oder tief hängende Schienenbresen<br />

detektiert<br />

• ggf. Beeinflussungen durch Umrichter in Fahrzeugen<br />

• Radabmessungen<br />

• Abnutzung der Fahrschienen<br />

• Bedien- <strong>und</strong> Anzeigeelemente für Achszählabschnitte erforderlich (zentral/<br />

dezentral)<br />

Nachdem Achszählanlagen unabhängig vom Bettungswiderstand der Gleise <strong>und</strong><br />

dem Achsnebenschlusswert der Fahrzeuge sind, ergeben sich hieraus Vorteile auch<br />

im Hinblick auf die Verfügbarkeit. Weitere Gründe Achszählanlagen einzusetzen ergeben<br />

sich aus dem geringeren Invest gegenüber <strong>Gleisstromkreise</strong>n, sowie der<br />

Möglichkeit, dass sich Achszählanlagen bei Erneuerung/Änderung von Zugsicherungsanlagen<br />

parallel zu vorhandenen Gleisfreimeldeanlagen unter dem „rollenden<br />

Rad“ <strong>und</strong> ohne Eingriffe in den Oberbau einbauen lassen.<br />

© Frauscher Sensortechnik GmbH | 2013 | DE Seite 10


<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

7. <strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong><br />

im Nahverkehr<br />

In der nachstehenden Tabelle sind die wesentlichsten Merkmale dieser beiden Technologien<br />

überblickartig zusammen gestellt: [3]<br />

Kriterium<br />

Bettungswiderstand<br />

Achsnebenschlusswert<br />

Schienenbruchdetektion<br />

Isolierstöße<br />

Triebrückstromvermaschung<br />

Trennschärfe<br />

Wirklänge (Maximale<br />

Länge eines<br />

Fahrwegabschnitts)<br />

Logische Freimeldung des<br />

Stellwerks<br />

Gleisstromkreis<br />

Muss über 1,5 Ohm x km<br />

liegen<br />

Muss bei GLK unter 0,1<br />

Ohm liegen<br />

Kann durch GLK ggf. jedoch<br />

nicht immer detektiert<br />

werden<br />

Sind zumindest in Weichen<br />

notwendig<br />

Anforderungen müssen<br />

für die Vermaschung des<br />

Triebrückstroms berücksichtigt<br />

werden<br />

mit elektrischen Trennstößen<br />

unscharf<br />

beschränkt, abhängig<br />

vom Oberbau max. ca.<br />

700 Meter<br />

erforderlich<br />

<strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong><br />

<strong>Achszählung</strong><br />

unkritisch<br />

unkritisch<br />

bei AZ erfolgt keine<br />

Detektion von<br />

Schienenbrüchen<br />

Nicht notwendig<br />

wenig relevant<br />

scharf<br />

Unbeschränkt<br />

empfohlen<br />

Gr<strong>und</strong>stellung nicht erforderlich notwendig <strong>und</strong> kritisch<br />

Verfahren nach Spannungsausfall<br />

bzw.<br />

Betriebsaufnahme.<br />

50-Hz-Überwachung am<br />

Fahrzeug<br />

Abschnitt ist physikalisch<br />

frei, jedoch logisch besetzt,<br />

<strong>und</strong> wird durch eine<br />

Bügelfahrt „frei gefahren“<br />

abhängig von Bauart<br />

Wartungsaufwand hoch niedrig<br />

Verkabelung<br />

Inbetriebsetzung bei<br />

Umbau<br />

Investitionskosten<br />

problem<strong>at</strong>isch, da Inbetriebsetzung<br />

gleichzeitig<br />

mit in Betrieb befindlichen<br />

Gleiskreisen nur mit<br />

hohem Aufwand möglich<br />

hoch<br />

(Kosten für Isolierstöße)<br />

Abschnitt ist physikalisch<br />

besetzt, das Verfahren<br />

zum „frei fahren“ muss<br />

durch Betriebsvorschriften<br />

geregelt werden<br />

nicht erforderlich<br />

sternviererverseilt<br />

weniger problem<strong>at</strong>isch,<br />

da sie parallel zu Gleiskreisen<br />

montiert <strong>und</strong> in<br />

Betrieb genommen werden<br />

können<br />

günstiger<br />

Zulassung liegen vor liegen vor<br />

© Frauscher Sensortechnik GmbH | 2013 | DE Seite 11


<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

Ers<strong>at</strong>zteile Hohe Typenvielfalt Geringere Typenvielfalt<br />

Radprofil Nicht zu beachten Zu beachten<br />

Schienenprofil Nicht zu beachten Zu beachten<br />

Verschleiß der<br />

Fahrschienen<br />

Immission durch Umrichter<br />

in Fahrzeugen<br />

Nicht zu beachten<br />

Keine Beeinflussung<br />

Zu beachten<br />

selten Beeinflussungen<br />

Magnetschienenbremse Keine Beeinflussung mögliche Störgrößen<br />

Beeinflussung durch<br />

Metallabrieb<br />

Zu beachten bei<br />

Isolierstoß<br />

Zu beachten bei<br />

Radsensor<br />

Aktuell sind im Nahverkehr Gleisstromtechnologien am Weitesten verbreitet.<br />

Zusammenfassend kann jedoch festgehalten werden, dass die Vorteile der Achszählsysteme<br />

sowohl hinsichtlich der Life-Cycle-Costs als auch der Sicherheit <strong>und</strong><br />

Verfügbarkeit eindeutig überwiegen. Beeinträchtigungen durch Isol<strong>at</strong>ionsstöße, Isol<strong>at</strong>ionsprobleme,<br />

Verschmutzungen, Laub, Salz etc. sind bei der Achszähltechnik<br />

unwirksam. Zudem können beliebige Gleispläne (enge bzw. komplexe Weichenabschnitte,<br />

Weichenharfen oder Kreuzungen) realisiert werden.<br />

Die kritischen Faktoren oder mögliche Nachteile sind dank innov<strong>at</strong>iver <strong>und</strong> hochwertiger<br />

<strong>Raddetektion</strong>skomponenten heutzutage beherrschbar. [4, 5]. Zudem ist mit<br />

modernen Radsensoren <strong>und</strong> intelligenter Auswertungssoftware eine Reihe von zusätzlichen<br />

Funktionalitäten verfügbar.<br />

Ein weiterführendes Whitepaper mit dem Titel „Moderne <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong><br />

im Nahverkehr“ [6] beschreibt die Anwendungsmöglichkeiten sowie die<br />

spezifischen Lösungen der Frauscher Sensortechnik GmbH.<br />

© Frauscher Sensortechnik GmbH | 2013 | DE Seite 12


<strong>Gleisstromkreise</strong> <strong>versus</strong> <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nahverkehr<br />

LITERATURVERZEICHNIS<br />

[1] Fiedler, J.: Bahnwesen, Werner Verlag, 5. Auflage 2005<br />

[2] Frauscher J. / Thalbauer R.: Aufzeichnung <strong>und</strong> Analyse störender Ein<br />

wirkungen auf induktive Radsensoren, SIGNAL+DRAHT, 2008, Heft 7+8<br />

[3] Verband deutscher Verkehrsunternehmen, Achszähleinrichtungen im ÖPNV,<br />

Mitteilung Nr. 3307, Dezember 2005<br />

[4] Rosenberger, M.: Die Herausforderungen an <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong><br />

in der Zukunft – Teil 1, SIGNAL+DRAHT, 2011, Heft 9<br />

[5] Gr<strong>und</strong>nig, G.: Die Herausforderungen an <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> in<br />

der Zukunft – Teil 2, SIGNAL+DRAHT, 2011, Heft 12<br />

[6] Gr<strong>und</strong>nig, G. / Pucher C.: Moderne <strong>Raddetektion</strong> <strong>und</strong> <strong>Achszählung</strong> im Nah<br />

verkehr , Whitepaper 2012<br />

Die Autoren:<br />

Gerhard Gr<strong>und</strong>nig<br />

Vertrieb, Leiter Geschäftsentwicklung<br />

gerhard.gr<strong>und</strong>nig@frauscher.com<br />

Christian Pucher<br />

Leiter Marketing<br />

christian.pucher@frauscher.com<br />

Kontakt<br />

Frauscher Sensortechnik GmbH<br />

Gewerbestraße 1 | 4774 St. Marienkirchen | AUSTRIA<br />

T: +43 7711 2920-0 | F: +43 7711 2920-25<br />

E: office@frauscher.com | W: www.frauscher.com<br />

© Frauscher Sensortechnik GmbH | 2013 | DE Seite 13

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