VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ÜBERWACHUNG EINER WEICHE

Abstract

 Eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche (1) weist eine Einrichtung (10) auf, um den Betriebszustand der Weiche zu ermitteln. Ein Auslesesignalgenerator (20) erzeugt ein Auslesesignal in Form eines AC-Signals mit mindestens einer Auslesefrequenz, deren Wert vom ermittelten Betriebszustand der Weiche abhängt. Eine Koppeleinrichtung (30) koppelt das vom Auslesesignalgenerator erzeugte Auslesesignal in eine elektrische Leitung (4) zwischen einem Weichenantrieb (2) der Weiche und einem Stellwerk ein. Eine entfernt von der Weiche angeordnete Auswerteeinrichtung koppelt das Auslesesignal aus der Leitung aus, führt eine spektrale Analyse des ausgekoppelten Auslesesignals durch und erzeugt in Abhängigkeit von einem Ergebnis der spektralen Analyse ein Ausgangssignal, das den Betriebszustand der Weiche repräsentiert.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche, insbesondere ihrer Endlagen.

STAND DER TECHNIK

[0002] Bei den meisten Bauarten von Weichen werden zur Bereitstellung eines Fahrweges bewegliche Teile der Weiche (Weichenzungen und ggfs. Weichenherz) mechanisch zwischen einer linken und einer rechten Endlage verstellt. In den Endlagen wird die Weiche mechanisch durch einen Weichenverschluss verriegelt. Weichen können durch ein Stellwerk ferngestellt sein. Um die Weiche zwischen der linken und rechten Endlage umzustellen, kommt bei ferngestellten Weichen ein Weichenantrieb mit einem Stellmotor zum Einsatz. Bei bestimmten Bauarten von Weichen, z.B. bei lang gestreckten Schnellfahrweichen, können auch mehrere Weichenantriebe an einer einzigen Weiche angeordnet sein.

[0003] In der Fig. 1 ist schematisch eine Weiche 1 in ihrer linken Endlage L illustriert, in der Fig. 2 in ihrer rechten Endlage R. Dabei beziehen sich die Bezeichnungen "links" und "rechts" auf ein absolutes Bezugssystem der Weiche, nämlich auf die Lage bezüglich derjenigen Fahrtrichtung F, in der die Weiche eine Verzweigung bildet. Die Endlagen L und R werden daher auch als Absolutlagen bezeichnet. In der Anlageprojektierung und in der Stellwerkssoftware wird ausschliesslich auf diese Absolutlagen Bezug genommen.

[0004] Der Weichenantrieb kann in unterschiedlicher Weise an der Weiche angeordnet sein. Insbesondere kann er bezüglich der Fahrtrichtung F links oder rechts an der Weiche angeordnet sein. In den Figuren 1 und 2 ist schematisch ein Weichenantrieb 2 dargestellt, der links von der Weiche angeordnet ist. Der Weichenantrieb 2 kann eine Schubstange 3 aufweisen, mit der die beweglichen Teile der Weiche von der linken in die rechte Endlage und umgekehrt verschoben werden. Die Weiche nimmt bei ausgefahrener Schubstange 3 die linke Endlage ein (Fig. 1), bei eingefahrener Schubstange 3 die rechte Endlage (Fig. 2). Wenn der Weichenantrieb rechts statt links angeordnet ist, sind die Verhältnisse genau umgekehrt. Die Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Weichenantriebs (Schubstange eingefahren oder ausgefahren) und der Absolutlage der Weiche (linke oder rechte Endlage) hängt also von der Art und Weise ab, wie der Weichenantrieb an der Weiche angeordnet ist.

[0005] Seit mehreren Jahrzehnten existiert eine standardisierte elektrische Schnittstelle zwischen dem Stellwerk und dem Weichenantrieb in Form der sogenannten "Vierdraht-Schnittstelle". Diese Schnittstelle ist im deutschsprachigen Raum weit verbreitet. Die Schnittstelle weist vier Anschlüsse auf, die als X1, X2, X3 und X4 bezeichnet werden. Über die vier Anschlüsse werden sowohl die Antriebsenergie für den Stellmotor während des Umstellens als auch Ströme zur Überwachung der Stellung der Weichenlage im Ruhezustand übertragen. Beispiele für Weichenantriebe, die mit der Vierdraht-Schnittstelle arbeiten, sind die Systeme Siemens S 700 K, Thales FieldTrac 6341 L700H und Thales FieldTrac 6343 L826H.

[0006] Die Vierdraht-Schnittstelle kann in zwei Betriebsmodi verwendet werden, nämlich im Umstellbetrieb und im Überwacherbetrieb. Eine Ansteuervorrichtung im Stellwerk schaltet zwischen den beiden Betriebsmodi um.

[0007] Im Umstellbetrieb wird vom Stellwerk aus über die Schnittstelle ein Dreiphasen-Drehstrom mit 400 VAC an den Stellmotor angelegt. Dabei bestimmt die Phasenlage an den Wicklungen des Stellmotors dessen Drehrichtung. Der Stellmotor stellt die Weiche zwischen ihren beiden Endlagen um.

[0008] Im Überwacherbetrieb wird im Stellwerk an zwei der vier Anschlüsse der Vierdraht-Schnittstelle eine DC-Spannung angelegt, die typischerweise im Bereich 48 ... 60 VDC liegt. Zur Überwachung der linken Endlage sind dies die Anschlüsse X1 und X3, zur Überwachung der rechten Endlage die Anschlüsse X2 und X3. Im Stellwerk wird einerseits der resultierende Strom durch diese Anschlüsse gemessen; andererseits wird die an den anderen beiden Anschlüssen resultierende Spannung ermittelt. Anhand der Spannungs- und Strommessungen kann festgestellt werden, ob die Weiche die zu überwachende Endlage einnimmt.

[0009] In den Figuren 3 und 4 ist beispielhaft und in stark schematischer Form ein Weichenantrieb mit Vierdraht-Schnittstelle in der linken (Fig. 3) bzw. rechten Endlage (Fig. 4) illustriert. Der Überwacherbetrieb über die Vierdraht-Schnittstelle wird nachstehend noch näher erläutert.

[0010] Die Vierdraht-Schnittstelle hat sich über Jahrzehnte bewährt. Ein entscheidender Nachteil der Vierdraht-Schnittstelle besteht allerdings darin, dass die Schaltung in Bezug auf die Anschlüsse X1 und X2 symmetrisch ist (vgl. Figuren 3 und 4). Dadurch ist es im Stellwerk nicht erkennbar, wenn die Anschlüsse X1 und X2 versehentlich vertauscht werden. Das Vertauschen der Anschlüsse kann dazu führen, dass die Weiche in einer anderen Absolutlage als beabsichtigt betrieben wird, was schwere Unfälle zur Folge haben kann.

[0011] Erschwerend kommt hinzu, dass im Überwacherbetrieb nicht die Absolutlage der Weiche (linke oder rechte Endlage) bestimmt wird, sondern die Lage der Schubstange ("ausgefahren" oder "eingefahren"). Wie oben schon dargelegt wurde, hängt jedoch die Absolutlage der Weiche, die einer bestimmten Lage der Schubstange entspricht, davon ab, auf welcher Seite der Weiche der Weichenantrieb montiert ist. Dadurch wird die Gefahr, dass im Stellwerk beim Überwacherbetrieb über die Vierdraht-Schnittstelle auf eine falsche Absolutlage der Weiche geschlossen wird, nochmals verschärft.

[0012] Es ist daher erforderlich, nach Revisionsarbeiten jedes Mal die korrekte Installation mittels einer Anlagenüberprüfung sicherzustellen. Dies ist sehr personal- und zeitaufwändig.

[0013] Neben der Vierdraht-Schnittstelle sind auch andere Arten von Schnittstellen für die Weichensteuerung bekannt. So gibt es z.B. die systemverwandte 7-Draht-Schnittstelle, bei der für den Umstellbetrieb und den Überwacherbetrieb separate Adern zur Verfügung stehen. Der Überwacherbetrieb kann in einigen Systemen mit gepulsten DC-Strömen erfolgen. Auch bei solchen Schnittstellen ergeben sich ähnliche Probleme wie bei der Vierdraht-Schnittstelle.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0014] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Überprüfung des Betriebszustandes einer Weiche anzugeben, die es ermöglicht, im Stellwerk den Betriebszustand redundant zum traditionellen Überwacherbetrieb zu ermitteln. Insbesondere soll die Vorrichtung so einsetzbar sein, dass sie es ermöglicht, im Stellwerk die Absolutlage einer Weiche festzustellen. Die Vorrichtung soll über eine ohnehin schon vorhandene Leitung zwischen Weichenantrieb und Stellwerk, insbesondere über eine Vierdraht-Schnittstelle, betreibbar sein, d.h. der Einsatz der Vorrichtung soll keine zusätzlichen elektrischen Leitungen erfordern. Beim Betrieb über eine Vierdraht-Schnittstelle soll das Ergebnis der Überwachung unabhängig von einer Vertauschung der Anschlüsse X1 und X2 sein.

[0015] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0016] Es wird eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche angegeben, welche aufweist:

eine Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung, um den Betriebszustand der Weiche zu ermitteln;

einen Auslesesignalgenerator, welcher mit der Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung zusammenwirkt und dazu ausgebildet ist, ein Auslesesignal zu erzeugen, wobei das Auslesesignal ein AC-Signal mit mindestens einer Auslesefrequenz ist, deren Wert vom ermittelten Betriebszustand der Weiche abhängt, sowie

eine erste Koppeleinrichtung, um das vom Auslesesignalgenerator erzeugte Auslesesignal in eine elektrische Leitung zwischen einem Weichenantrieb der Weiche und einem Stellwerk einzukoppeln.

[0017] Erfindungsgemäss wird also in eine Leitung zwischen Weichenantrieb und Stellwerk ein Auslesesignal in Form eines AC-Signals eingekoppelt. Das Auslesesignal enthält mindestens eine Schwingung, deren Frequenz vom Betriebszustand der Weiche abhängt. Der Frequenzgehalt des Auslesesignals zeigt dadurch den Betriebszustand der Weiche an. Das Auslesesignal kann im Stellwerk wieder aus der Leitung ausgekoppelt werden, und der Frequenzgehalt des AC-Signals kann analysiert werden, um den Betriebszustand der Weiche zu überwachen. Die Übertragung des Auslesesignals kann über eine vorhandene Leitung erfolgen; für den Einsatz der erfindungsgemässen Vorrichtung wird also keine separate Leitung benötigt. Dadurch lässt sich die erfindungsgemässe Vorrichtung leicht in bestehenden Anlagen nachrüsten.

[0018] Insbesondere kann die erfindungsgemässe Vorrichtung an einer traditionellen Vierdraht-Schnittstelle betrieben werden. Beim Betrieb an einer Vierdraht-Schnittstelle kann die erfindungsgemässe Vorrichtung den Betriebszustand der Weiche selbst dann korrekt anzeigen, wenn die Anschlüsse X1 und X2 an der Schnittstelle vertauscht werden.

[0019] Beim Einsatz an einer Vierdraht-Schnittstelle kann die erfindungsgemässe Vorrichtung so konfiguriert werden, dass der Auslesesignalgenerator keine separate Energieversorgung benötigt, da im traditionellen Überwacherbetrieb des Weichenantriebs immer eine DC-Spannung zwischen mindestens zwei Anschlüssen der Vierdraht-Schnittstelle anliegt. Diese Spannung kann als Versorgungsspannung für den Auslesesignalgenerator genutzt werden.

[0020] Wenn die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung unabhängig vom Weichenantrieb an der Weiche angeordnet ist, kann die erfindungsgemässe Vorrichtung die Absolutlage der Weiche überwachen, unabhängig von der Seite der Weiche, an der sich der Weichenantrieb befindet.

[0021] Die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung kann aber auch im Weichenantrieb angeordnet sein. In diesem Fall wird mit dieser Einrichtung die Lage der Weiche relativ zum Weichenantrieb anstelle der Absolutlage ermittelt. Selbst in diesem Fall weist die erfindungsgemässe Vorrichtung die Vorteile auf, dass sie Redundanz zum traditionellen Überwacherbetrieb herstellt und robust gegen eine Vertauschung der Anschlüsse X1 und X2 der Vierdraht-Schnittstelle ist.

[0022] In einigen Ausführungsformen enthält das Auslesesignal zu jedem Zeitpunkt nur eine einzige Schwingung mit einer bestimmten Auslesefrequenz, d.h. das Auslesesignal stellt in diesem Fall keine Überlagerung mehrerer Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen dar. Es ist aber auch denkbar, dass das Auslesesignal eine Überlagerung von mehreren (z.B. zwei, drei oder vier) Schwingungen unterschiedlicher Auslesefrequenzen darstellt. Der Wert aller Auslesefrequenzen liegt vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 100 Hz und 50 kHz, insbesondere zwischen 100 Hz und 20 kHz, zwischen 100 Hz und 10 kHz oder zwischen 100 Hz und 5 kHz. Dabei beziehen sich alle Frequenzangaben jeweils auf die sinusförmige Grundschwingung unter Vernachlässigung der harmonischen Anteile. Vorzugsweise sind die harmonischen Anteile des Auslesesignals klein (Amplitude jedes harmonischen Anteils kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 2% der Amplitude der Grundschwingung), d.h. vorzugsweise entspricht das Auslesesignal zu jedem Zeitpunkt im Wesentlichen einer einzigen Sinusschwingung oder einer Überlagerung von wenigen, beispielsweise zwei oder drei, Sinusschwingungen im angegebenen Frequenzbereich. Niederfrequente AC-Signale im angegebenen Frequenzbereich sind bevorzugt, weil sie auch auf ungeschirmten Leitungen zuverlässig übertragen werden. Dadurch kann mit einfachen Mitteln eine sehr robuste und zuverlässige Signalübertragung über bestehende Leitungen erreicht werden. Andererseits ist es bevorzugt, dass die Auslesesignale nur Frequenzen aufweisen, die genügend oberhalb der Netzfrequenz 50 Hz liegen.

[0023] Alle Auslesefrequenzen nehmen vorzugsweise nur diskrete Werte an. Diese Werte sind vorzugsweise zueinander dichroisch. Ein Satz von Frequenzen wird in diesem Dokument als dichroisch bezeichnet, wenn keine der Frequenzen ein Vielfaches einer anderen Frequenz ist und wenn die Differenz oder Summe zweier beliebiger Frequenzen keiner der anderen Frequenzen entspricht. Auf diese Weise wird vermieden, dass Oberschwingungen und/oder nichtlineare Effekte dazu führen, dass eine Kombination zweier Auslesefrequenzen mit einer anderen Auslesefrequenz verwechselt wird. Die Werte der Auslesefrequenz können insbesondere den Frequenzen des bekannten DTMF-Tonwahlverfahrens in der Telefonie entsprechen, wie sie im ITU-T-Standard Q.23 (11/88) definiert sind. Diese Frequenzen sind 697, 770, 852, 941, 1209, 1336, 1477 und 1633 Hz.

[0024] Die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung kann einen oder mehrere Endlageprüfer umfassen. Ein Endlageprüfer zeigt an, ob die Weiche eine ihrer Endlagen (linke oder rechte Endlage) erreicht hat. Ein Endlageprüfer kann z.B. einen mechanischen Schalter, einen induktiven Sensor oder einen optoelektrischen Sensor aufweisen. Der Endlageprüfer kann z.B. unmittelbar einer Weichenzunge zugeordnet sein und so angeordnet sein, dass er anzeigt, ob die betreffende Weichenzunge korrekt an der entsprechenden Backenschiene anliegt. Dazu kann der Endlageprüfer z.B. an der betreffenden Zunge, an der entsprechenden Backenschiene oder am Weichenverschluss für die betreffende Zunge angeordnet sein. Wenn der Endlageprüfer unmittelbar einer Weichenzunge zugeordnet ist, wird mit dem Endlageprüfer die Absolutlage der Weiche ermittelt. Der Endlageprüfer kann aber auch im Weichenantrieb angeordnet sein und die Endlage der Weiche relativ zum Weichenantrieb erfassen.

[0025] In einigen Ausführungsformen kann die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung einen ersten Endlageprüfer aufweisen, um eine erste Endlage der Weiche zu erfassen, sowie einen zweiten Endlageprüfer, um eine zweite Endlage der Weiche zu erfassen. Der Auslesesignalgenerator kann dann dazu ausgebildet sein, ein Auslesesignal mit einer Auslesefrequenz, die mindestens einen ersten Wert einnimmt, zu erzeugen, wenn der erste Endlageprüfer anzeigt, dass sich die Weiche in der ersten Endlage befindet, und ein Auslesesignal mit einer Auslesefrequenz, die mindestens einen zweiten Wert einnimmt, zu erzeugen, wenn der zweite Endlageprüfer anzeigt, dass sich die Weiche in der zweiten Endlage befindet.

[0026] Im einfachsten Fall nimmt die Auslesefrequenz in der ersten Endlage einen ersten konstanten Wert und in der zweiten Endlage einen zweiten konstanten Wert an, wobei sich diese Werte unterscheiden. Stattdessen kann die Auslesefrequenz aber auch in jeder beiden Endlagen entsprechend einer zeitlichen Sequenz von zwei oder mehr unterschiedlichen Werten veränderlich sein, wobei sich mindestens einer dieser Werte zwischen den beiden Endlagen unterscheidet. Auch ist es denkbar, dass das Auslesesignal in jeder der beiden Endlagen eine Überlagerung von zwei oder mehr Schwingungen mit entsprechend vielen Auslesefrequenzen darstellt, wobei sich der Wert mindestens einer Auslesefrequenz zwischen den beiden Endlagen unterscheidet.

[0027] Die Vorrichtung kann des Weiteren eine Auswerteeinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, entfernt von der Weiche angeordnet zu werden, insbesondere in einem Stellwerk. Die Auswerteeinrichtung kann umfassen:

eine zweite Koppeleinrichtung, um das von der ersten Koppeleinrichtung in die Leitung eingekoppelte Auslesesignal aus der Leitung auszukoppeln; und

eine Analyseeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine spektrale Analyse des ausgekoppelten Auslesesignals durchzuführen und in Abhängigkeit von einem Ergebnis der spektralen Analyse des Auslesesignals ein Ausgangssignal zu erzeugen, das den Betriebszustand der Weiche repräsentiert.

[0028] Die Analyseeinrichtung kann in an sich bekannter Weise in analoger und/oder digitaler Hardware aufgebaut sein. In einer einfachen Ausführungsform umfasst die Analyseeinrichtung mehrere schmalbandige Filter, um die spektralen Anteile bei den diskreten Werten der vom Auslesesignalgenerator verwendeten Auslesefrequenzen aus dem ausgekoppelten Auslesesignal zu isolieren, sowie eine Amplitudenmesseinrichtung, um die Amplitude des jeweiligen spektralen Anteils bei jedem dieser Werte zu ermitteln. In anderen Ausführungsformen kann die Analyseeinrichtung z.B. einen ADC aufweisen, um das ausgekoppelte Auslesesignal zu digitalisieren (zu sampeln), und sie kann einen digitalen Signalprozessor aufweisen, um das digitalisierte Auslesesignal mit bekannten Methoden der digitalen Signalverarbeitung wie FFT oder DFT zu analysieren, um auf diese Weise ein Frequenzspektrum des Auslesesignals zu ermitteln.

[0029] Die Analyseeinrichtung erzeugt anhand der durchgeführten spektralen Analyse mindestens ein Ausgangssignal. Beispielsweise kann die Analyseeinrichtung dazu ausgebildet sein, ein Ausgangssignal mit einem ersten Wert zu erzeugen, der eine erste Endlage der Weiche repräsentiert, wenn das ausgekoppelte Auslesesignal ein erstes Auslesefrequenzmuster aufweist, und ein Ausgangssignal mit einem zweiten Wert zu erzeugen, der eine zweite Endlage der Weiche repräsentiert, wenn das ausgekoppelte Auslesesignal ein zweites Auslesefrequenzmuster aufweist. Das erste und zweite Auslesefrequenzmuster können im einfachsten Fall jeweils aus einer einzigen Auslesefrequenz bestehen, deren Wert sich zwischen der ersten und der zweiten Endlage unterscheidet. Die Analyseeinrichtung kann zudem dazu ausgebildet sein, ein Ausgangssignal mit einem dritten Wert zu erzeugen, der einen Zustand repräsentiert, in dem sich die Weiche weder in der linken noch der rechten Endlage befindet, falls das ausgekoppelte Auslesesignal weder das erste noch das zweite Auslesefrequenzmuster enthält. Das Ausgangssignal kann z.B. als digitaler Wert ausgegeben werden, oder es kann z.B. optisch ausgegeben werden.

[0030] Bei Bahnhöfen wird häufig eine grosse Zahl von Weichen von einem gemeinsamen Stellwerk aus bedient. Die Kabelführung erfolgt ab dem Stellwerk gebündelt für mehrere Weichen in einem Stammkabel zu abgesetzten Kabelverteilern, von wo aus einzelne Vierdrahtleitungen als Stichkabel zu den einzelnen Weichen geführt sind. Aufgrund der Bündelung im Stammkabel kann es zu elektromagnetischem Übersprechen zwischen Leitungen, die zu unterschiedlichen Weichen gehören, kommen. Es ist sicherheitstechnisch von grosser Bedeutung, eine sichere Zuordnung der ausgekoppelten Auslesesignale zur zugehörigen Weiche zu erhalten. Zu diesem Zweck kann die Auswerteeinrichtung einen Abfragesignalgenerator aufweisen, der dazu ausgebildet ist, ein Abfragesignal zu erzeugen. Die zweite Koppeleinrichtung kann dann dazu ausgebildet sein, das Abfragesignal in die Leitung einzukoppeln, und die erste Koppeleinrichtung kann entsprechend dazu ausgebildet sein, das Abfragesignal aus der Leitung auszukoppeln. Der Auslesesignalgenerator kann dazu ausgebildet sein, das ausgekoppelte Abfragesignal zu empfangen und das Auslesesignal in Abhängigkeit vom ausgekoppelten Abfragesignal zu verändern. Auf diese Weise kann im Sinne eines "Challenge-Response"-Schemas sichergestellt werden, dass das in der Analyseeinrichtung analysierte Signal tatsächlich von der zugehörigen Weiche und nicht etwa von einer anderen Weiche stammt.

[0031] Beim Abfragesignal kann es sich, ähnlich wie beim Auslesesignal, um ein AC-Signal mit mindestens einer Abfragefrequenz handeln.

[0032] In einer einfachen Ausführungsform kann der Auslesesignalgenerator z.B. derart ausgebildet sein, dass er nur dann ein Auslesesignal an die erste Koppeleinrichtung abgibt, wenn er ein Abfragesignal mit einem vorbestimmten Frequenzwert empfängt.

[0033] Es sind aber auch komplexere Ausführungsformen möglich, die das Risiko einer falschen Zuordnung zwischen Auswerteeinrichtung und Weiche weiter vermindern. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Abfragesignalgenerator derart ausgebildet, dass er die Abfragefrequenz gemäss einer Sequenz von mindestens zwei unterschiedlichen Werten verändert, d.h. das Abfragesignal weist ein zeitlich veränderliches Abfragefrequenzmuster auf. Der Auslesesignalgenerator kann dann dazu ausgebildet sein, den Wert der Auslesefrequenz in Abhängigkeit vom Wert der Abfragefrequenz zu verändern. Beispielsweise kann der Auslesesignalgenerator dazu ausgebildet sein, für jeden Wert der Abfragefrequenz das Auslesesignal bei einem zugeordneten Wert der Auslesefrequenz zu erzeugen. Auf diese Weise entsteht ein Auslesefrequenzmuster, dessen Rhythmus dem Abfragefrequenzmuster entspricht und das mit einer geringen zeitlichen Verzögerung dem Abfragefrequenzmuster folgt.

[0034] Die Abfolge der Werte der Abfragefrequenz kann pseudozufällig getaktet sein. Der Abfragesignalgenerator kann dazu einen Zufallsgenerator aufweisen, welcher innerhalb vorgegebener Grenzen einen pseudozufälligen Zeitraum bestimmt, nach dem der Abfragesignalgenerator zum jeweils nächsten Wert der Abfragefrequenz wechselt. Die Taktung kann aber auch auf eine vorgegebene Weise erfolgen, die sich von Weiche zu Weiche unterscheidet.

[0035] Die Zeitskala der Taktung, d.h. der Zeitraum von einem Wechsel der Abfragefrequenz zum jeweils nächsten Wechsel, liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 20 ms bis 500 ms. Der minimal zu wählende Zeitraum hängt dabei insbesondere von den verwendeten Werten der Abfrage- und Auslesefrequenzen ab; vorteilhaft sind diese Zeiträume mindestens das Fünffache, besser mindestens das Zehnfache des Kehrwerts des kleinsten verwendeten Frequenzwertes, um eine sichere Erkennung der verwendeten Frequenzen zu ermöglichen.

[0036] Um die Gefahr des Übersprechens zwischen Leitungen, die zu unterschiedlichen Weichen gehören, weiter zu verringern, kann der Abfragesignalgenerator dazu ausgebildet sein, das Abfragesignal nach jeder Umstellung der Weiche nur während einer vorgegebenen Zeitdauer, z.B. während 2 bis 10 Sekunden, an die zweite Koppeleinrichtung abzugeben und danach bis zur nächsten Umstellung der Weiche kein Abfragesignal mehr an die zweite Koppeleinrichtung abzugeben. Entsprechend kann der Auslesesignalgenerator dazu ausgebildet sein, das Auslesesignal nur so lange an die erste Koppeleinrichtung abzugeben, wie er ein Abfragesignal empfängt. Dadurch werden nur während eines eng begrenzten Zeitraums AC-Signale über die Leitung übertragen, und es wird ein Übersprechen in andere Leitungen ausserhalb dieses Zeitraums vermieden.

[0037] Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren ein Verfahren zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche zur Verfügung, welches die folgenden Schritte aufweist:

Ermitteln des Betriebszustands der Weiche;

Erzeugen eines Auslesesignals, wobei das Auslesesignal ein AC-Signal mit mindestens einer Auslesefrequenz ist, deren Wert vom ermittelten Betriebszustand der Weiche abhängt, sowie

Einkoppeln des Auslesesignals in mindestens eine elektrische Leitung zwischen einem Weichenantrieb der Weiche und einem Stellwerk.

[0038] Alle obigen Ausführungen zur Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gelten gleichermassen auch für das Verfahren der vorliegenden Erfindung. Insbesondere können alle oben angegebenen Verfahrensschritte, zu deren Ausführung die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, im Rahmen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung tatsächlich ausgeführt werden.

[0039] Insbesondere liegt die Auslesefrequenz vorzugsweise in einem niederfrequenten Frequenzbereich zwischen 100 Hz und 50 kHz. Die Auslesefrequenz nimmt vorzugsweise nur diskrete Werte an, die zueinander dichroisch sind.

[0040] Das Verfahren kann insbesondere die folgenden Schritte aufweisen:

Auskoppeln des in die Leitung eingekoppelten Auslesesignals aus der Leitung in einer von der Weiche entfernt angeordneten Auswerteeinrichtung;

Durchführen einer spektralen Analyse des ausgekoppelten Auslesesignals; und

Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Ergebnis der spektralen Analyse, wobei das Ausgangssignal den Betriebszustand der Weiche repräsentiert.

[0041] Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen:

Erzeugen eines Abfragesignals in der Auswerteeinrichtung, wobei das Abfragesignal insbesondere ein AC-Signal mit veränderlichem Abfragefrequenzmuster sein kann;

Einkoppeln des Abfragesignals in die Leitung bei der Auswerteeinrichtung;

Auskoppeln des Abfragesignals aus der Leitung; und

Verändern des Auslesesignals in Abhängigkeit vom ausgekoppelten Abfragesignal.

[0042] Dabei kann das Abfragesignal ein AC-Signal mit mindestens einer Abfragefrequenz sein. Die Abfragefrequenz kann gemäss einer Sequenz von mindestens zwei unterschiedlichen Werten verändert werden. Die Sequenz kann insbesondere pseudozufällig getaktet sein. Der Wert der Auslesefrequenz kann in Abhängigkeit vom Wert der Abfragefrequenz verändert werden. Es ist denkbar, das Abfragesignal und das resultierende Auslesesignal nur während eines vorbestimmten Zeitraums nach dem Umstellen einer Weiche in die Leitung einzukoppeln.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0043] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer Weiche in ihrer linken Endlage;

Fig. 2

eine schematische Darstellung einer Weiche in ihrer rechten Endlage;

Fig. 3

einen schematischen Schaltplan einer Vierdraht-Schnittstelle mit dem zugehörigen Weichenantrieb in der linken Endlage;

Fig. 4

einen schematischen Schaltplan einer Vierdraht-Schnittstelle mit dem zugehörigen Weichenantrieb in der rechten Endlage;

Fig. 5

eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche gemäss einer ersten Ausführungsform in der linken Endlage der Weiche;

Fig. 6

die Vorrichtung gemäss Figur 5 in der rechten Endlage der Weiche;

Fig. 7

den stellwerkseitigen Teil einer Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands eine Weiche gemäss einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 8

den weichenseitigen Teil der Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche gemäss der zweiten Ausführungsform; und

Fig. 9

ein schematisches Diagramm zur Illustration der Abfragefrequenzen und der zugehörigen Auslesefrequenzen beim Betrieb der Vorrichtung gemäss der Figuren 7 und 8.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0044] In den Figuren 1 und 2 ist in stark schematischer Weise eine Weiche 1 illustriert. Der Weichenantrieb 2 ist in Fahrtrichtung F links an der Weiche angeordnet. Über eine Schubstange 3 werden die beiden Weichenzungen zwischen einer linken und einer rechten Endlage der Weiche bewegt. In der Figur 1 ist die Weiche in der linken Endlage L dargestellt, in der Figur 2 in der rechten Endlage R.

[0045] Die Figuren 3 und 4 illustrieren eine Vierdraht-Schnittstelle mit zugeordnetem Weichenantrieb. Die Vierdraht-Schnittstelle weist vier Anschlüsse X1, X2, X3 und X4 auf. In der Praxis werden daran die Adern einer elektrischen Leitung angeschlossen. Konzeptionell bilden dann die Adern die Anschlüsse X1, X2, X3 und X4.

[0046] Der Weichenantrieb weist einen Drehstrom-Antriebsmotor mit Motorwicklungen L1, L2 und L3 auf. Ein erstes Ende der Motorwicklung L1 ist mit dem Anschluss X1 der Vierdraht-Schnittstelle verbunden, ein erstes Ende der Motorwicklung L2 mit dem Anschluss X2, und ein erstes Ende der Motorwicklung L3 mit dem Anschluss X3. Das zweite Ende der Motorwicklung X1 ist über einen als Umschalter wirkenden ersten Endlagekontakt ml wechselweise mit dem Anschluss X4 oder mit dem zweiten Ende der Motorwicklung L3 verbunden. Das zweite Ende der Motorwicklung L2 ist über einen ebenfalls als Umschalter wirkenden zweiten Endlagekontakt m2 ebenfalls wechselweise mit dem Anschluss X4 oder mit dem zweiten Ende der Motorwicklung L3 verbunden.

[0047] Die Endlagekontakte sind Umschalter vom Typ "make before break", d.h. wenn der jeweilige Endlagekontakt umschaltet, verbindet er in einem Zwischenzustand zunächst kurzzeitig seine drei Anschlüsse miteinander.

[0048] In der Figur 3 befinden sich die Endlagekontakte in einer Stellung, die der linken Endlage L der Weiche entspricht. In dieser Stellung ist der Anschluss X1 der Vierdraht-Schnittstelle über die Motorwicklung L1, den ersten Endlagekontakt m1 und die Motorwicklung L3 mit dem Anschluss X3 verbunden, und der Anschluss X2 ist über die Motorwicklung L2 und den zweiten Endlagekontakt m2 mit dem Anschluss X4 verbunden. Im Umstellbetrieb wird an die Anschlüsse X1 bis X4 ein Dreiphasen-Drehstrom mit geeigneter Phasenlage angelegt. Dieser führt dazu, dass der Antriebsmotor eine Umstellung der Weiche von der linken in die rechte Endlage bewirkt. Der Umstellbetrieb ist für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung und wird deswegen nicht näher erläutert.

[0049] Im traditionellen Überwacherbetrieb wird zur Überwachung der linken Endlage eine DC-Überwachungsspannung an die Anschlüsse X2 und X3 angelegt, und es werden einerseits der daraus resultierende Strom durch den Anschluss X3 und andererseits die Spannung zwischen den Anschlüssen X1 und X4 gemessen. Wenn sich die Weiche in der linken Endlage befindet, entspricht die gemessene Spannung zwischen den Anschlüssen X1 und X4 im Wesentlichen der Überwachungsspannung, und der gemessene Strom ist sehr gering. Falls die linke Endlage nicht erreicht wurde oder die Weiche aufgefahren wurde, befindet sich der zweite Endlagekontakt m2 in einer anderen Stellung. In diesem Fall ist die gemessene Spannung zwischen den Anschlüssen X1 und X4 gleich Null, und der gemessene Strom ist stark erhöht.

[0050] In der Figur 4 befinden sich die Endlagekontakte in einer Stellung, die der rechten Endlage R der Weiche entspricht. In dieser Stellung ist der Anschluss X1 der Vierdraht-Schnittstelle über die Motorwicklung L1 und den ersten Endlagekontakt m1 mit dem Anschluss X4 verbunden, und der Anschluss X2 ist über die Motorwicklung L2, den zweiten Endlagekontakt m2 und die Motorwicklung L3 mit dem Anschluss X3 verbunden.

[0051] Im traditionellen Überwacherbetrieb wird zur Überwachung der rechten Endlage eine DC-Überwachungsspannung an die Anschlüsse X1 und X3 angelegt, und es werden einerseits der daraus resultierende Strom durch den Anschluss X3 und andererseits die Spannung zwischen den Anschlüssen X2 und X4 gemessen. Wenn sich die Weiche in der rechten Endlage befindet, entspricht die gemessene Spannung zwischen den Anschlüssen X2 und X4 im Wesentlichen der Überwachungsspannung, und der gemessene Strom ist sehr gering. Falls die rechte Endlage nicht erreicht wurde oder die Weiche aufgefahren wurde, befindet sich der erste Endlagekontakt m1 in einer anderen Stellung. In diesem Fall ist die gemessene Spannung zwischen den Anschlüssen X2 und X4 gleich Null, und der gemessene Strom ist stark erhöht.

[0052] Wie aus den vorstehenden Ausführungen ohne weiteres erkennbar ist, resultiert eine Vertauschung der Anschlüsse X1 und X2 darin, dass beim traditionellen Überwacherbetrieb die linke Endlage für die rechte Endlage gehalten wird und umgekehrt. Im Fahrbetrieb kann dies zu schweren Unfällen führen.

[0053] Die vorliegende Erfindung stellt eine Überwachungsvorrichtung zur Verfügung, die es ermöglicht, die Stellung der Weiche auch bei einer Vertauschung der Anschlüsse X1 und X2 korrekt zu erkennen.

[0054] In der Figur 4 ist in stark schematisierter Form illustriert, wie eine solche Überwachungsvorrichtung derartig an der Vierdraht-Schnittstelle angeschlossen werden kann, dass sie ihren Energiebedarf im traditionellen Überwacherbetrieb direkt aus der Schnittstelle beziehen kann. Dazu ist ein nachstehend noch näher beschriebener Auslesesignalgenerator 20 der Überwachungsvorrichtung mit Hilfe von Dioden D1, D2 derart mit den Anschlüssen X1, X2 und X3 der Vierdraht-Schnittstelle verbunden, dass sowohl in der linken als auch in der rechten Endlage die Überwachungsspannung als Versorgungsspannung am Auslesesignalgenerator 20 zur Verfügung steht. Im Auslesesignalgenerator 20 ist eine Schutzschaltung vorhanden, die den Auslesesignalgenerator 20 abschaltet und vor Überspannung schützt, wenn an den Anschlüssen X1 bis X4 eine Dreiphasen-Wechselspannung anliegt. Der Auslesesignalgenerator 20 wirkt mit einer nachstehend noch näher beschriebenen Einrichtung 10 zur Ermittlung des Betriebszustands der Weiche 1 und einer ebenfalls nachstehend noch näher beschriebenen Koppeleinrichtung 30, die in die Leitung zum Anschluss X3 eingefügt ist, zusammen.

[0055] Die Figuren 5 und 6 illustrieren in stark schematisierter Form ein erstes Ausführungsbeispiel einer Überwachungsvorrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung 10 zur Ermittlung des Betriebszustands einen ersten Endlageprüfer 11 und einen zweiten Endlageprüfer 12 auf. Die Endlageprüfer 11, 12 sind vollkommen unabhängig von den Endlagekontakten m1, m2 des Weichenantriebs. Jeder Endlageprüfer 11, 12 wirkt unmittelbar mit einer Zunge der Weiche 1 zusammen. Er ist geschlossen, wenn die jeweilige Zunge an der zugehörigen Backenschiene anliegt, und er ist offen, wenn die entsprechende Zunge von der zugehörigen Backenschiene entfernt liegt. Bei den Endlageprüfern kann es sich z.B. um mechanische Kontakte, um induktive Sensoren oder um optoelektrische Sensoren handeln.

[0056] In der Figur 5 ist die linke Endlage dargestellt. Der erste Endlageprüfer 11 ist geöffnet, und der zweite Endlageprüfer 12 ist geschlossen. In der Figur 6 ist die rechte Endlage dargestellt. Nun ist der erste Endlageprüfer 11 geschlossen, und der zweite Endlageprüfer 12 ist geöffnet.

[0057] Der Auslesesignalgenerator 20 weist in dieser Ausführungsform zwei separate Tongeneratoren 21 und 22 auf. Der erste Tongenerator 21 erzeugt genau dann ein Auslesesignal in Form eines elektrischen AC-Signals mit einer ersten festen Frequenz, wenn der erste Endlageprüfer 11 geschlossen ist. Der zweite Tongenerator 22 erzeugt genau dann ein Auslesesignal mit einer zweiten festen Frequenz, wenn der zweite Endlageprüfer 12 geschlossen ist. Die erste und die zweite Frequenz sind zueinander dichroisch im oben definierten Sinne.

[0058] Das jeweilige Auslesesignal wird an die schon erwähnte Koppeleinrichtung 30 geleitet. Die Koppeleinrichtung 30 koppelt das Auslesesignal in diejenige Ader der Leitung 4 ein, die am Anschluss X3 der Vierdraht-Schnittstelle angeschlossen ist. Dadurch wird das Auslesesignal an das Stellwerk übertragen. Beispielsweise kann die Koppeleinrichtung 30 einen Transformator aufweisen, der gleichzeitig eine galvanische Trennung zwischen der Leitung 4 und dem Ausgang des Auslesesignalgenerators 20 herstellt.

[0059] Eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung im Stellwerk überwacht die Leitung 4 und analysiert, ob ein Auslesesignal eingekoppelt wurde, und falls ja, mit welcher Frequenz. Wenn die Auswerteeinrichtung ein Auslesesignal mit der ersten Frequenz detektiert, gibt die Auswerteeinrichtung ein Ausgangssignal mit einem ersten Wert ab, mit der Bedeutung, dass sich die Weiche in der linken Endlage befindet. Wenn die Auswerteeinrichtung ein Auslesesignal mit der zweiten Frequenz detektiert, gibt die Auswerteeinrichtung ein Ausgangssignal mit einem zweiten Wert ab, mit der Bedeutung, dass sich die Weiche in der rechten Endlage befindet. Wenn die Auswerteeinrichtung kein Auslesesignal detektiert, gibt die Auswerteeinrichtung ein Ausgangssignal mit einem dritten Wert ab, mit der Bedeutung, dass sich die Weiche weder in der linken noch in der rechten Endlage befindet oder eine Störung vorliegt.

[0060] Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erzeugt der Auslesesignalgenerator 20 für jede Endlage ein Auslesesignal mit einer Auslesefrequenz, die einen festen Wert einnimmt. Anstelle eines festen Frequenzwerts kann der Auslesesignalgenerator 20 in jeder der beiden Endlagen auch ein komplexeres Frequenzmuster erzeugen. Beispielsweise kann der Auslesesignalgenerator 20 in jeder Endlage auch eine simultane Überlagerung oder zeitliche Abfolge von zwei oder mehr dichroischen Frequenzen erzeugen. Auch ist es denkbar, dass der Auslesesignalgenerator auch dann ein Auslesesignal erzeugt, wenn sowohl der erste Endlageprüfer 11 als auch der zweite Endlageprüfer 12 geöffnet sind, um diesen Betriebszustand von einer Störung unterscheiden zu können.

[0061] Der Auslesesignalgenerator 20 kann selbstverständlich anders als in der dargestellten Form aufgebaut sein. Beispielsweise kann der Auslesesignalgenerator 20 anstelle von zwei separaten Tongeneratoren 21, 22 einen einzigen analogen oder digitalen Signalgenerator aufweisen, dessen Frequenz entsprechend den Stellungen der Endlageprüfer 11 und 12 veränderlich ist.

[0062] In den Figuren 7 und 8 ist in stark schematisierter Form ein zweites Ausführungsbeispiel einer Überwachungsvorrichtung illustriert. Dabei zeigt die Figur 7 den stellwerkseitigen Teil der Überwachungsvorrichtung, während die Figur 8 den an der Weiche angeordneten Teile Überwachungsvorrichtung darstellt.

[0063] Im Stellwerk sind einerseits ein Stellkreis 5 und andererseits ein Überwacherkreis 6 vorhanden. Ein Trennrelais 8 verbindet wechselweise den Stellkreis 5 oder den Überwacherkreis 6 mit den stellwerkseitigen Anschlüssen X1-X4 einer Vierdraht-Schnittstelle. Im Umstellbetrieb legt der Stellkreis 5 eine Dreiphasen-Wechselspannung an diese Anschlüsse an, wobei die Phasenlage von der gewünschten Umstellrichtung abhängt. Im Überwacherbetrieb legt der Überwacherkreis 6 eine Überwachungsspannung an zwei der vier Anschlüsse der Vierdraht-Schnittstelle an und misst den resultierenden Strom sowie die Spannung an den anderen beiden Anschlüssen, wie dies oben schon näher beschrieben wurde.

[0064] Zusätzlich ist im Stellwerk eine Auswerteeinrichtung 40 der Überwachungsvorrichtung angeordnet. Die Auswerteeinrichtung 40 umfasst eine zweite Koppeleinrichtung 50, eine Analyseeinrichtung 60, einen Abfragesignalgenerator 70 sowie einen Steuerrechner 80. Der Steuerrechner 80 steuert dabei einerseits den Stellkreis 5, den Überwacherkreis 6 und das Trennrelais 8. Andererseits steuert der Steuerrechner 80 die Analyseeinrichtung 60 und den Abfragesignalgenerator 70.

[0065] Die zweite Koppeleinrichtung 50 koppelt das bei der Weiche eingekoppelte Auslesesignal wieder aus der Leitung 4 aus und leitet das ausgekoppelte Auslesesignal an die Analyseeinrichtung 60.

[0066] Die Analyseeinrichtung 60 führt eine spektrale Analyse des ausgekoppelten Auslesesignals durch. Sie umfasst dazu im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Frequenzanalysatoren FR3 bis FR10. Jeder Frequenzanalysator überwacht, ob das ausgekoppelte Auslesesignal eine Schwingung einer bestimmten Frequenz enthält. Insbesondere überwacht der Frequenzanalysator FR3, ob das ausgekoppelte Auslesesignal eine Schwingung der Frequenz f3 enthält, der Frequenzanalysator FR4 überwacht, ob das ausgekoppelte Auslesesignal eine Schwingung der Frequenz f4 enthält, usw. Dazu kann jeder Frequenzanalysator einen schmalbandigen Filter bei der entsprechenden Frequenz und eine Schaltung zur Ermittlung der Amplitude der Schwingung bei dieser Frequenz enthalten. Anhand der durchgeführten spektralen Analyse erzeugt die Analyseeinrichtung 60 ein Ausgangssignal mit einem bestimmten Wert, wobei dieser Wert einen bestimmten Betriebszustand der Weiche repräsentiert.

[0067] Der Abfragesignalgenerator 70 erzeugt ein Abfragesignal. Das Abfragesignal ist ein AC-Signal, dessen Frequenz (die "Abfragefrequenz") gemäss einer pseudozufälligen Sequenz zwischen zwei Werten f1 und f2 hin- und herwechselt. Dazu weist der Abfragesignalgenerator 70 in der vorliegenden Ausführungsform zwei Tongeneratoren FG1 und FG2 auf, wobei der Tongenerator FG1 ein Abfragesignal mit Frequenz f1 und der Tongenerator FG2 ein Abfragesignal mit Frequenz f2 erzeugt. Der Steuerrechner 80 steuert die beiden Tongeneratoren FG1 und FG2 so, dass diese abwechselnd aktiviert werden. Dazu weist der Steuerrechner 80 einen Zufallsgenerator auf. Auf der Basis von Zufallszahlen, die mit dem Zufallsgenerator erzeugt werden, legt der Steuerrechner pseudozufällige Zeitpunkte fest, zu denen die Umschaltung zwischen den Tongeneratoren FG1 und FG2 erfolgt.

[0068] In der Figur 9 ist beispielhaft ein entsprechendes Abfragesignal A illustriert. Während eines Zeitraums ta beträgt der Wert der Abfragefrequenz f2, während des anschliessenden Zeitraums tb ist dieser Wert f1, und während des daran anschliessenden Zeitraums tc ist dieser Wert wieder f2. Das Abfragesignal A bricht ab, sobald vom Überwacherbetrieb in den Umstellbetrieb umgeschaltet wird. Im vorliegenden Beispiel wird nun von der linken in die rechte Endlage umgestellt. Anschliessend wird wieder in den Überwacherbetrieb geschaltet, und der Abfragesignalgenerator beginnt wieder ein Abfragesignal auszusenden. Im vorliegenden Beispiel beträgt während des Zeitraums td der Wert der Abfragefrequenz wieder f2, während des anschliessenden Zeitraums te beträgt dieser Wert f2 usw. Die Länge der Zeiträume ta, tb, tc, td, te usw. variiert innerhalb bestimmter Grenzen, z.B. zwischen 50 ms und 500 ms, nach einem pseudozufälligen Muster.

[0069] Mit Hilfe der zweiten Koppeleinrichtung 50 wird das Abfragesignal A in die Leitung 4 der Vierdraht-Schnittstelle zwischen Stellwerk und Weichenantrieb eingekoppelt. Mit Hilfe der ersten Koppeleinrichtung 30 wird das Abfragesignal bei der Weiche wieder aus der Leitung 4 ausgekoppelt (siehe Fig. 8)

[0070] Der Auslesesignalgenerator 20 weist im vorliegenden Beispiel zwei schmalbandige Frequenzanalysatoren FR1 und FR2 auf, welche feststellen, ob ein Abfragesignal mit Frequenz f1 bzw. f2 übermittelt wurde. Wenn ein Abfragesignal mit Frequenz f1 übermittelt wurde, aktiviert der entsprechende Frequenzanalysator FR1 zwei Tongeneratoren FG3 und FG5. Wenn dagegen ein Abfragesignal mit Frequenz f2 übermittelt wurde, aktiviert der entsprechende Frequenzanalysator FR2 zwei Tongeneratoren FG4 und FG6. Wenn der linke Endlageprüfer 11 anzeigt, dass sich die Weiche in der linken Endlage befindet, wird der Ausgang der Tongeneratoren FG3 und FG4 mit der ersten Koppeleinrichtung 30 verbunden. Wenn dagegen der rechte Endlageprüfer 12 anzeigt, dass sich die Weiche in der rechten Endlage befindet, wird der Ausgang der Tongeneratoren FG5 und FG6 mit der ersten Koppeleinrichtung 30 verbunden.

[0071] Wie in der Figur 9 beispielhaft illustriert ist, wird auf diese Weise vom Auslesesignalgenerator 20 immer dann ein Auslesesignal S erzeugt und durch die erste Koppeleinrichtung 30 in die Leitung 4 eingekoppelt, wenn der Abfragesignalgenerator 70 ein Abfragesignal A aussendet. Aufgrund der Signallaufzeiten folgt das Auslesesignal S dem Abfragesignal A mit einer geringen Verzögerung Δt. Das Auslesesignal S weist eine veränderliche Auslesefrequenz auf, die im gleichen Rhythmus wie die Abfragefrequenz zwischen zwei Werten hin und her wechselt. In der linken Endlage der Weiche sind dies die Werte f3 und f4, in der rechten Endlage sind es die Werte f5 und f6.

[0072] Insgesamt wird so vom Auslesesignalgenerator 20 ein Auslesesignal S erzeugt, das eindeutig mit dem vom Abfragesignalgenerator 70 erzeugten Abfragesignal A korreliert. Dadurch kann eine sichere Zuordnung zwischen der Auswerteeinrichtung 40 im Stellwerk und dem zugehörigen Auslesesignalgenerator 20 an der Weiche hergestellt werden, und zwar selbst dann, wenn die Gefahr besteht, dass Signale von Auslesesignalgeneratoren mit gleicher Frequenz von anderen Weichen durch Übersprechen in die Leitung 4 eingekoppelt werden.

[0073] Um ein Übersprechen der Abfragesignale A und Auslesesignale S auf andere Überwachungsvorrichtungen über die Versorgungsleitung des Überwacherkreises 6 zu verhindern, ist in der DC-Spannungsversorgung des Überwacherkreises 6 ein Tiefpassfilter 7 angeordnet.

[0074] Um die Gefahr des Übersprechens weiter zu verringern, wird nach jeder Umstellung der Weiche (sogenannter Weichenumlauf) das Abfragesignal A nur für eine begrenzte Zeitdauer ausgesendet und danach abgeschaltet. Entsprechend wird auch nur für eine begrenzte Zeitdauer das Auslesesignal S übertragen. Hierauf basierend wird das Antwortsignal erzeugt und ausgewertet. Wenn das Antwortsignal die korrekte Lage der Weiche anzeigt, wird die Fahrstrasse freigegeben. Danach werden bis zum nächsten Weichenumlauf keine AC-Signale mehr über die Leitung gesendet, so dass auch keine Gefahr des Übersprechens in andere Leitungen besteht. Die weitere Überwachung der Weichenlage erfolgt dann nur über den traditionellen DC-Überwacherbetrieb. Typischerweise dauert ein Weichenumlauf einige Sekunden, z.B. 5 Sekunden. Anschliessend kann das Abfragesignal ebenfalls für einige Sekunden ausgesendet werden, z.B. während 2 bis 10 Sekunden, vorzugsweise 3 bis 5 Sekunden. In diesem Zeitraum wechselt die Abfragefrequenz mehrere Male ihren Wert, z.B. fünf bis zwanzig Male. Dies genügt, um das Frequenzmuster der Abfragefrequenz und das resultierende Muster der Auslesefrequenz eindeutig zu identifizieren und diese Frequenzmuster miteinander zu korrelieren.

[0075] Bei einigen Bauarten von Weichen, insbesondere bei langgestreckten Schnellfahrweichen, kann pro Endlage mehr als ein einziger Endlageprüfer vorgesehen sein. Beispielsweise können für die linke Endlage zwei Endlageprüfer 11, 13 entlang der Weiche und für die rechte Endlage ebenfalls zwei Endlageprüfer 12, 14 vorgesehen sein (siehe Fig. 8). In diesem Fall kann der Auslesesignalgenerator 20 ohne weiteres um weitere Tongeneratoren FG7, FG8, FG9, FG10 erweitert werden, um die Schaltzustände der zusätzlichen Endlageprüfer 13 und 14 zu überwachen. Dabei senden diese Tongeneratoren Auslesesignale mit eigenen Auslesefrequenzen aus, die diesen Endlageprüfern zugeordnet sind und sich von den Auslesefrequenzen f3, f4, f5 und f6 der Tongeneratoren FG3, FG4, FG5 und FG6 unterscheiden. Derartige weitere Endlageprüfer können auch verwendet werden, um die Lage des Weichenherzes zu überwachen, falls dieses ebenfalls beweglich ist.

[0076] Selbstständig kann der Auslesesignalgenerator 20 auch anders als in der vorstehend dargestellten Weise aufgebaut sein. Insbesondere kann der Auslesesignalgenerator 20 einen digitalen Signalprozessor aufweisen, der die Auslesesignale mit den genannten Frequenzen programmgesteuert erzeugt.

[0077] Wenn der Überwacherkreis 6 gepulst betrieben wird, wird vorzugsweise auch die Überwachungsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung entsprechend gepulst betrieben. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Auslesesignalgenerator 20 seine Energie über die Vierdraht-Schnittstelle aus dem Überwacherkreis 6 bezieht.

[0078] Selbstverständlich ist eine grosse Zahl von Abwandlungen der vorliegenden Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Auslesesignalgenerator 20, die Analyseeinrichtung 60 und der Abfragesignalgenerator 70 auch auf andere Weise als in der vorstehend beschriebenen Art aufgebaut sein. Als Endlageprüfer können beliebige Elemente mit mindestens zwei Schaltzuständen eingesetzt werden, sofern die Schaltzustände durch die Lage der Weiche beeinflussbar sind. Zusätzlich zu den Endlagen können auf die gleiche Weise bei Bedarf noch weitere Parameter der Weiche überprüft werden. Beispielsweise können weitere Schaltelemente mit dem Auslesesignalgenerator zusammenwirken, wobei diese Schaltelemente so angeordnet sind, dass sie das Auffahren der Weiche eindeutig erkennen.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0079] 

1	Weiche	80	Steuerrechner
2	Weichenantrieb
3	Schubstange	A	Abfragesignal
4	Leitung	AC	Wechselspannung
5	Stellkreis	DC	Gleichspannung
6	Überwacherkreis	D1, D2	Diode
7	Tiefpassfilter	f1, f2	Abfragefrequenz
8	Trennrelais	f3-f10	Auslesefrequenz
10	Betriebszustandsermittlung	FG1-FG10	Sendemodul
11-14	Endlagenschalter	FR1-FR10	Empfangsmodul
20	Auslesesignalgenerator	F	Fahrtrichtung
21	erster Signalgenerator	L	linke Endlage
22	zweiter Signalgenerator	L1-L3	Motorwicklung
30	erste Koppeleinrichtung	m1, m2	Schalter
40	Auswerteeinrichtung	R	rechte Endlage
50	zweite Koppeleinrichtung	S	Auslesesignal
60	Analyseeinrichtung	X1-X4	Anschlüsse
70	Abfragesignalgenerator

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche (1), aufweisend:

eine Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung (10), um den Betriebszustand der Weiche (1) zu ermitteln;

einen Auslesesignalgenerator (20), welcher mit der Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung (10) zusammenwirkt und dazu ausgebildet ist, ein Auslesesignal (S) zu erzeugen, wobei das Auslesesignal (S) ein AC-Signal mit mindestens einer Auslesefrequenz ist, deren Wert (f3, f4, f5, f6) vom ermittelten Betriebszustand der Weiche (1) abhängt, sowie

eine erste Koppeleinrichtung (30), um das vom Auslesesignalgenerator (20) erzeugte Auslesesignal (S) in eine elektrische Leitung (4) zwischen einem Weichenantrieb (2) der Weiche (1) und einem Stellwerk einzukoppeln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung (10) dazu ausgebildet ist, unabhängig vom Weichenantrieb (2) an der Weiche (1) angeordnet zu werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auslesefrequenz in einem Frequenzbereich zwischen 100 Hz und 50 kHz liegt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auslesefrequenz ausschliesslich diskrete Werte (f3, f4, f5, f6) annimmt, die zueinander dichroisch sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung (10) einen ersten Endlageprüfer (11) aufweist, um eine erste Endlage (L) der Weiche (1) zu erfassen,

wobei die Einrichtung zur Betriebszustandsermittlung (10) einen zweiten Endlageprüfer (12) aufweist, um eine zweite Endlage (R) der Weiche (1) zu erfassen,

wobei die Auslesefrequenz mindestens einen ersten Wert (f3, f4) annimmt, wenn der erste Endlageprüfer (11) anzeigt, dass sich die Weiche (1) in der ersten Endlage (L) befindet, und

wobei die Auslesefrequenz mindestens einen zweiten Wert (f5, f6) annimmt, wenn der zweite Endlageprüfer (12) anzeigt, dass sich die Weiche (1) in der zweiten Endlage (R) befindet.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ausserdem eine Auswerteeinrichtung (40) aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung (40) dazu ausgebildet ist, entfernt von der Weiche (1) angeordnet zu werden, und wobei die Auswerteeinrichtung (40) umfasst:

eine zweite Koppeleinrichtung (50), um das von der ersten Koppeleinrichtung (30) in die Leitung (4) eingekoppelte Auslesesignal (S) aus der Leitung (4) auszukoppeln; und

eine Analyseeinrichtung (60), die dazu ausgebildet ist, eine spektrale Analyse des ausgekoppelten Auslesesignals (S) durchzuführen und in Abhängigkeit von einem Ergebnis der spektralen Analyse des Auslesesignals ein Ausgangssignal zu erzeugen, das den Betriebszustand der Weiche (1) repräsentiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,

wobei die Auswerteeinrichtung (40) ausserdem einen Abfragesignalgenerator (70) aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Abfragesignal (A) zu erzeugen,

wobei die zweite Koppeleinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, das Abfragesignal (A) in die Leitung (4) einzukoppeln,

wobei die erste Koppeleinrichtung (30) dazu ausgebildet ist, das Abfragesignal (A) aus der Leitung (4) auszukoppeln,

wobei der Auslesesignalgenerator (20) dazu ausgebildet ist, das ausgekoppelte Abfragesignal (A) zu empfangen und das Auslesesignal (S) in Abhängigkeit vom ausgekoppelten Abfragesignal (A) zu verändern.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Abfragesignal (A) ein AC-Signal mit mindestens einer Abfragefrequenz ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,

wobei der Abfragesignalgenerator (70) dazu ausgebildet ist, die Abfragefrequenz gemäss einer Sequenz von mindestens zwei unterschiedlichen Werten (f1, f2) zu verändern, wobei die Sequenz insbesondere pseudozufällig getaktet sein kann, und

wobei der Auslesesignalgenerator (20) dazu ausgebildet ist, den Wert der Auslesefrequenz (f3, f4; f5, f6) in Abhängigkeit vom Wert der Abfragefrequenz (f1, f2) zu verändern.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, an einer Vierdraht-Schnittstelle für den Weichenantrieb (2) betrieben zu werden,

wobei der Auslesesignalgenerator (20) vorzugsweise derart konfiguriert ist, dass er seine Versorgungsspannung über die Vierdraht-Schnittstelle bezieht, wenn der Weichenantrieb (2) über die Vierdraht-Schnittstelle im Überwacherbetrieb betrieben wird.

11. Verfahren zur Überwachung des Betriebszustands einer Weiche (1), aufweisend die Schritte:

Ermitteln des Betriebszustands der Weiche (1);

Erzeugen eines Auslesesignals, wobei das Auslesesignal (S) ein AC-Signal mit mindestens einer Auslesefrequenz ist, deren Wert vom ermittelten Betriebszustand der Weiche (1) abhängt, sowie

Einkoppeln des Auslesesignals (S) in mindestens eine elektrische Leitung (4) zwischen einem Weichenantrieb (2) der Weiche (1) und einem Stellwerk.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Auslesefrequenz in einem Frequenzbereich zwischen 100 Hz und 50 kHz liegt und/oder wobei die Auslesefrequenz diskrete Werte annimmt, die zueinander dichroisch sind.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, aufweisend die Schritte:

Auskoppeln des in die Leitung (4) eingekoppelten Auslesesignals (S) aus der Leitung (4) in einer von der Weiche (1) entfernt angeordneten Auswerteeinrichtung (40);

Durchführen einer spektralen Analyse des ausgekoppelten Auslesesignals (S); und

Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Ergebnis der spektralen Analyse, wobei das Ausgangssignal den Betriebszustand der Weiche (1) repräsentiert.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, aufweisend die Schritte:

Erzeugen eines Abfragesignals (A) in der Auswerteeinrichtung (40);

Einkoppeln des Abfragesignals (A) in die Leitung (4) bei der Auswerteeinrichtung (40);

Auskoppeln des Abfragesignals (A) aus der Leitung (4); und

Verändern des Auslesesignals (S) in Abhängigkeit vom ausgekoppelten Abfragesignal (A).

15. Verfahren nach Anspruch 14,

wobei das Abfragesignal (A) ein AC-Signal mit mindestens einer Abfragefrequenz ist,

wobei die Abfragefrequenz gemäss einer Sequenz von mindestens zwei unterschiedlichen Werten (f1, f2) verändert wird, wobei die Sequenz insbesondere pseudozufällig getaktet sein kann, und

wobei der Wert der Auslesefrequenz (f3, f4; f5, f6) in Abhängigkeit vom Wert der Abfragefrequenz (f1, f2) verändert wird.

Zeichnung