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Fahrzeugsensor mit Speiseelektronik in Bad Driburg

Unter dem Begriff Fahrzeugsensor versteht man bei Eisenbahnen in Deutschland ein Gleisschaltmittel, das im Wesentlichen aus einer Spule besteht (induktives Prinzip), die zwischen den beiden Schienen eines Gleises montiert ist. Bei diesem Prinzip wird die Änderung der Induktivität einer Spule durch die Eisenmasse eines Fahrzeuges erkannt.

Sie sind bei Eisenbahnen in Deutschland und anderen Ländern Europas bei sehr vielen modernen Bahnübergangssicherungsanlagen als Einschalt-/Ausschaltkontakt zu finden.

Fahrzeugsensoren zählen zu den linienförmig wirkenden Gleisschaltmittel. Aufgrund der kurzen Wirklänge ist deren Wirkung aber quasi punktförmig.

Begrifflichkeit

Aufgrund ihrer Form und Lage werden Fahrzeugsensoren auch als Gleisschleife bezeichnet.

Die Bezeichnung Fahrzeugsensor ist allerdings – wie beim Radsensor – in der Praxis inkonsequent angewendet, da lediglich eine bestimmte Bauform von Gleisschaltmitteln gemeint ist, aber auch andere Bauformen von Gleisschaltmitteln auf ganze Schienenfahrzeuge reagieren.

Anwendung

Bei Eisenbahnen in Deutschland und anderen Ländern Europas werden Fahrzeugsensoren als Einschalt-/Ausschaltkontakt von Bahnübergangssicherungsanlagen verwendet.

Schleifenförmige Fahrzeugsensoren wurden im Zusammenhang mit der Entwicklung der Bahnübergangssicherungsanlage EBÜT 80 gemeinsam von Scheidt & Bachmann, Pintsch Bamag und Siemens entwickelt. Der Einsatz der Fahrzeugsensoren erfolgte ab etwa 1985 in solchen Anlagen (und späteren Generationen).

Eine weitere Anwendung von Fahrzeugsensoren ist die Ortung von Schienenfahrzeugen auf Bahnübergängen. Für diese Anwendung ist in Deutschland auch die Bezeichnung Bahnübergangsbelegtmelder gebräuchlich. Er besteht aus zwei Fahrzeugsensoren, die unmittelbar vor und nach der Straße am Bahnübergang angeordnet sind. Eine Freimeldung wird nur abgegeben, wenn beide Fahrzeugsensoren nacheinander befahren und wieder freigefahren wurden.

Bei Eisenbahnen in Schweden und der Schweiz werden Fahrzeugsensoren im Gegensatz zu Deutschland auch zur Ortung von Straßenfahrzeugen bzw. detektierbaren Hindernissen auf Bahnübergängen eingesetzt.

Aufbau und Funktionsweise

Fahrzeugsensoren bestehen aus:

• Gleisspule mit wenigen Windungen, montiert zwischen beiden Schienen eines Gleises
• Speiseelektronik, montiert in neben dem Gleis stehendem Gehäuse
• Rechnerbasierte Auswerteelektronik, meist in der Innenanlage (Ist Begriff schon erklärt?) der zugehörigen Bahnübergangssicherungsanlage teilweise auch im Gehäuse der Speiseelektronik integriert

Die Gleisspule bildet gemeinsam mit einem Kondensator einen elektrischen Schwingkreis. Dieser Schwingkreis wird von einem Oszillator in der Speiseelektronik gespeist. Dieser Oszillator schwingt ständig mit einer bestimmten Resonanzfrequenz. Dadurch ist um die Gleisspule ein Streufeld ausgebildet.

Kommt ein Schienenfahrzeug oder -fahrzeugverband in den Wirkbereich bzw. das Streufeld der Gleisspule, verändert sich durch die Eisenmasse des Schienenfahrzeugs die Induktivität der Gleisspule. Durch die Änderung der Induktivität der Gleisspule ändert sich auch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Diese Frequenzänderung wird durch die rechnerbasierte Auswerteeinrichtung erfasst. Ab einem bestimmten Schwellwert der Frequenzänderung wird der Fahrzeugsensor als belegt bzw. befahren gewertet. Dieser Zustand bleibt solange bestehen, wie sich ein Schienenfahrzeug bzw. ein -fahrzeugverband im Wirkbereich der Gleisschleife befindet. Wird der Fahrzeugsensor nicht mehr durch ein Schienenfahrzeug bzw. ein -fahrzeugverband befahren, geht die Resonanzfrequenz des Schwingkreises wieder auf den Ursprungswert zurück. Die Auswerteeinrichtung wertet das dann als wieder freigefahren.

Aufgrund des induktiven Prinzips wird jedes Objekt mit einer genügend großen Eisenmasse erkannt. Daher eignet sich ein Fahrzeugsensor grundsätzlich sowohl zum Erkennen von Schienenfahrzeugen als auch und Straßenfahrzeugen.

Ein Fahrzeugsensor ist entweder einkanalig oder zweikanalig aus zwei identischen Fahrzeugsensorhälften aufgebaut. Beide Kanäle solcher Fahrzeugsensoren reagieren zum gleichen Zeitpunkt, wenn ein Schienenfahrzeug den Wirkbereich befährt. Beim Befahren des Wirkbereiches eines zweikanaligen Fahrzeugsensors durch ein Schienenfahrzeug werden somit zwei unabhängige identische Informationen über die Belegung in zwei getrennten Kanälen zur Verfügung gestellt.

Gleisspule bzw. Gleisschleife

Gleisschleife eines Fahrzeugsensors in Bad Driburg

Aufgrund ihrer Lage und Form wird die Gleisspule auch als Gleisschleife bezeichnet.

Um Auswirkungen von induktiven Einkopplungen durch in den Schienen fließende Traktions- und Fremdströme zu vermeiden, sind die Gleisschleifen der Fahrzeugsensoren heute in Form einer liegenden Acht angeordnet. Sie erstreckt sich über 2x5 Schwellenfächer und erreicht eine Induktivität von maximal 400mH.

Eine Gleisschleife wird aus einem mehradrigen Kabel gebildet (meist dreiadrig). Die Adern werden in Reihe geschaltet, womit sich eine Spule mit entsprechender Windungszahl ergibt. Bei einem zweikanaligen Fahrzeugsensor wird die Gleisschleife aus einem sieben- statt dreiadrigem Kabel gebildet. Alle Adern des Kabels werden in Reihe geschaltet und es wird ein Mittelabgriff vorgesehen. So erhält man zwei identische Gleisschleifen im selben Kabel.

Speiseelektronik

Speiseelektronik eines Fahrzeugsensors (im Vordergrund) in Bad Driburg

Die Speiseelektronik befindet sich in einem Gehäuse neben dem Gleis. In ihr befindet sich ein Oszillator, der den Schwingkreis aus Gleisschleife und Kondensator mit seiner Resonanzfrequenz speist. Diese Resonanzfrequenz des Oszillators ist herstellerspezifisch:

• Scheidt & Bachmann: 60kHz, 80kHz
• Siemens: 62,5kHz
• Pintsch Bamag: 16kHz, 23kHz, 31kHz

Bei zweikanaligen Fahrzeugsensoren ist in der Speiseelektronik für jede der beiden Fahrzeugsensorhälften je ein getrennter Oszillator vorhanden. Je nach Hersteller schwingen entweder beide Oszillatoren mit der selben Resonanzfrequenz (z.B 2x 62,5kHz) oder mit zwei unterschiedlichen Resonanzfrequenzen (z.B. 60kHz und 80kHz) je Fahrzeugsensorhälfte.

Wenn beide Oszillatoren mit der selben Resonanzfrequenz betrieben werden, dann überträgt die Speiseelektronik die Signale der beiden Fahrzeugsensorhälften über separate galvanisch getrennte Übertragungsleitungen zur Auswerteelektronik in der Bahnübergangssicherungsanlage. Werden die beiden Fahrzeugsensorhälften mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen durch die Oszillatoren in der Speiseelektronik gespeist, so ist für die Übertragung zur Auswertelektronik über eine gemeinsame Übertragungsleitung eine zusätzliche spezielle Baugruppe nötig.

Doppeloszillatorbaugruppe

Die Doppeloszillatorbaugruppe ist eine spezielle Baugruppe der Speiselektronik eines zweikanaligen Fahrzeugsensors. Sie ist dann vorhanden, wenn beide Hälften eines zweikanaligen Fahrzeugsensors mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen (z.B. 60kHz und 80kHz) betrieben werden und die Übertragung der beiden Informationen über eine gemeinsame Übertragungsleitung erfolgt.

Es kann im Fall der unterschiedlichen Resonanzfrequenzen bei zweikanaligen Fahrzeugsensoren vorkommen, dass unter bestimmten Bedingungen (z.B. herunterhängende Kupplungsösen oder extrem locker gekuppelte Wagen) die detektierten Frequenzänderungen der beiden speisenden Oszillatoren beim Befahren des Fahrzeugsensors annähernd gleich groß sind. Um hierbei nicht auswertbare Schwebungserscheinungen auf der Übertragungsleitung zu vermeiden, werden in diesem Fall die Signale beider Fahrzeugsensorhälften wechselseitig durch die Doppeloszillatorbaugruppe mit einer Frequenz von 75Hz auf die gemeinsame Übertragungsleitung geschaltet.

Auswerteelektronik

Die Auswerteelektronik eines Fahrzeugsensors ist rechnergestüzt und hat die Aufgabe, die Änderungen der Resonanzfrequenz der Oszillatoren in der Speiseelektronik beim Befahren des Fahrzeugsensors durch ein Schienenfahrzeug zu erfassen. Ab einer bestimmten Höhe der Frequenzänderung wertet der Rechner in der Auswerteelektronik den Fahrzeugsensor als belegt bzw. befahren. Haben alle Schienenfahrzeuge den Wirkbereich des Fahrzeugsensors verlassen, so geht die Resonanzfrequenz der Oszillatoren in der Speiseelektronik wieder auf den ursprünglichen Wert zurück. Dies wertet der Rechner in der Auswerteelektronik als wieder freigefahren.

Geschwindigkeitsabhängige Schaltvorgänge

Da die Änderungsgeschwindigkeit der Resonanzfrequenz der speisenden Oszillatoren proportional zur Geschwindigkeit der vorbeifahrenden Schienenfahrzeuge ist, kann mit einem Fahrzeugsensor näherungsweise die Geschwindigkeit des befahrenden Schienenfahrzeugs bestimmt werden. Diese Information wird in einigen Bahnübergangssicherungsanlagen für geschwindigkeitsabhängige Schaltvorgänge verwendet.

Richtungserkennung

Zur Richtungserkennung des Befahrens werden die Gleisschleifen von zwei Fahrzeugsensoren hintereinander im Gleis liegend angeordnet. Die Informationen beider Gleisschleifen werden separat an die nachgeschaltete Bahnübergangssicherungsanlage übertragen. Diese Anordnung wird verwendet, um die Information vom Bahnübergang wegfahrend und zum Bahnübergang hinfahrend zu erhalten.

Siehe auch

• Ortung
• Gleisschaltmittel
• Bahnübergänge
• Induktionsschleife (dort Fahrzeugsensor ergänzen)

Literatur

• Peter Naumann, Jörn Pachl: Leit- und Sicherungstechnik im Bahnbetrieb, Fachlexikon. 2.Auflage, Tetzlaff Verlag, Hamburg 2004, ISBN 3-87814-702-3
• Wolfgang Fenner, Peter Naumann, Jochen Trinckauf: Bahnsicherungstechnik. Steuern, Sichern und Überwachen von Fahrwegen und Fahrgeschwindigkeit im Schienenverkehr. Publicis Corportate Publishing, Erlangen 2003, ISBN 3-89578-177-0
• Ulrich Maschek: Sicherung des Schienenverkehrs. Grundlagen und Planung der Leit- und Sicherungstechnik. Vieweg+Teubner Verlag GmbH Springer Fachmedien, Wiesbaden 2012, ISBN 978-3-8345-1020-5
• Colin Bailey (Hrsg.): European Railway Signalling. A & C Black (Publishers) Limited, London 1995, ISBN 0-7136-4167-3

Weblinks

Commons

Weiterleitung von

• Gleisschleife
• Gleisspule
• Doppeloszillatorbaugruppe