Zugsteuerungssystem zur Erhöhung der Sicherheit im Bereich von gefahrenquellen entlang einer Bahnstrecke

Abstract

 Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Bahnsicherheitstechnik und betrifft Verbesserungen zur Erhöhung der Sicherheit im Bereich von Gefahrenquellen, insbesondere auf Nebenstrecken. Die Sicherungsanlage (7) an der Gefahrenquelle und Zugsteuerungssystem (10) kommunizieren per Funk über eine sichere Verbindung miteinander. Entlang der Strecke angeordnete Wirkelemente, die durch Interaktion mit dem Zugsteuerungssystem (10) ohne Gegenmassnahme eine Zwangsbremsung auslösen würden, dienen vorliegend zur Erzeugung einer Positionsinformation, die vom Zug (1) an die Sicherungsanlage (7) übermittelt wird und diese zum Einleiten des Sicherungsvorgangs veranlasst. Die Sicherungsanlage (7) wiederum gibt dem Zug (1) die Weiterfahrt frei. Dieses Signal führt dazu, dass das Zugsteuerungssystem (10) die Zwangsbremsung verhindert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Bahnsicherheitstechnik und betrifft ein Zugsteuerungssystem zur Erhöhung der Sicherheit im Bereich von Gefahrenquellen entlang einer Bahnstrecke, insbesondere bei Bahnübergängen auf Nebenstrecken. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System zur Erhöhung der Sicherheit im Bereich von Gefahrenquellen entlang einer Bahnstrecke, welches ein solches mit dem Zug mitbewegtes Zugsteuerungssystem sowie weitere ortsfeste Komponenten aufweist. Ausserdem betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

[0002] Die Fahrt von Eisenbahnen wird in Abhängigkeit von der zulässigen Geschwindigkeit und/oder vom Zustand ortsfester Sicherungsanlagen, z.B. Bahnübergängen, durch Zugbeeinflussungssysteme kontrolliert. Bei einer punktförmigen Zugbeeinflussung werden an definierten Wirkpunkten, abhängig von der Stellung voraus liegender Signale, Informationen zur Sicherung der Zugfahrt an das Steuersystem des Triebwagens übertragen. Bei drohender Gefahr, z.B. zu schnelle Anfahrt an ein rotes Signal, Geschwindigkeitsüberschreitung, Nicht-Betätigen einer Aufmerksamkeitstaste durch den Zugführer, wird durch das Zugbeeinflussungssystem eine Zwangsbremsung bis zum Stillstand eingeleitet. Die Wirkpunkte sind beispielsweise durch Gleismagnete definiert, die mit einem Schwingkreis innerhalb des Triebwagens wechselwirken, wobei der Resonanzabfall in der Sendespule durch die Zugsteuerung registriert und verarbeitet wird.

[0003] Es wird in der Bahntechnik zwischen der "sicheren" und der "unsicheren" Einschaltung von Sicherungsanlagen an Gefahrenquellen, z.B. bei Bahnübergängen, unterschieden. "Unsichere" Einschaltung bedeutet, dass der Zug nicht zwingend die Fahrtfreigabe erhält. Bei der "sicheren" Einschaltung wird im Zweifelsfall die Sicherungsanlage aktiviert, z.B. der Bahnübergang geschlossen.

[0004] Die "unsichere" Einschaltung der Sicherungsanlage 7 wird im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben: Ein sich annähernder Zug 1 betätigt einen Sensor 2 in entsprechendem Abstand der zu sichernden Gefahrenquelle. Ein entsprechendes Signal wird über eine Leitung an die Sicherungsanlage 7 übertragen, die daraufhin die notwendigen Massnahmen zur Sicherung der Gefahrenquelle veranlasst, hier das Schliessen der Schranken an einem Bahnübergang. Erst nachdem sämtliche Massnahmen umgesetzt wurden, erfolgt über das optische Signal 3 und ein steuerbares Wirkelement 5 eine Freigabe für die Weiterfahrt des Zuges. Aus diesem Grund muss der Sensor 2 in einem Abstand von der Sicherungsanlage 7 angeordnet sein, die eine Reaktion der Gefahrenquelle erlaubt (Sicherungsdistanz T1) und dem Zug für den Fall des Misslingens der Sicherung noch in Bremswegdistanz T2 ein entsprechendes Haltesignal geben kann (jeweils berechnet für den schnellsten Zug).

[0005] Die Zugsicherung in der Schweiz, aber auch in anderen Ländern Europas, erfolgt über eine aktive Komponente zur Fahrtfreigabe. Ein passives Wirkelement 4, meist ein elektromagnetischer Kreis oder ein Permanentmagnet, schaltet die Zugbeeinflussung in der Lokomotive ein. Ohne Gegenmassnahme wird dadurch automatisch die Zwangsbremsung eingeleitet. Um dies je nach Zustand der Sicherungsanlage zu verhindern und dem Zug ein Weiterfahren zu ermöglichen, wird die Information des passiven Wirkelement 4 mit Hilfe eines z.B. von der Sicherungsanlage steuerbaren aktiven Wirkelements 5 "neutralisiert".

[0006] Die "sichere" Einschaltung wird im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben: Die grundsätzliche Funktion der Steuerung reicht aus, um die Fahrtfreigabe durch das Signal 3 und das Wirkelement 5 in Bremswegdistanz T2 zu erwirken. Es sind zwei Sensoren 2 für die Einschaltung der Sicherungsanlage vorhanden. Die Sicherungsanlage überprüft dauernd ihren Zustand; solange keine Fehlermeldung vorliegt, wird vom Funktionieren der Sicherungsanlage ausgegangen. Mit dieser Variante können die Sperrzeiten (nur noch die Sicherungszeit T1) deutlich verkürzt werden.

[0007] Der Ansatz beider Systeme besteht darin, dass der Zug im Falle einer ungesicherten Gefahrenquelle über die Zugbeeinflussung zwangsweise angehalten wird. Ein Nachteil dieser Systeme liegt darin, dass nach dem Passieren des Wirkpunkts (Position des passiven bzw. aktiven Wirkelements 4 bzw. 5) keinerlei Massnahmen ergriffen werden können, um den Zug z.B. bei einem Ausfall der Sicherungsanlage wenigstens abzubremsen. Damit verbleibt in diesen Anlagen ein nicht unerhebliches Restrisiko. Besonders in Nebenstrecken sind solche Anlagen in grosser Zahl vorhanden, z.B. unbeschrankte Bahnübergänge.

[0008] Ein weiterer Nachteil bekannter Zugsicherungssysteme und Sicherungsanlagen liegt darin, dass der notwendige Signalaustausch zwischen dem Zugerfassungssensor und der Sicherungsanlage sowie zwischen dem aktiven Wirkelement 5, welches das passive Wirkelement 4 zwecks Abschaltung der Nothaltfunktion neutralisiert, und der Sicherungsanlage über Kabel realisiert ist. Da diese Kabel verlegt und gewartet werden müssen, ist die Ausstattung bestehender Bahnübergänge teuer. Ebenso ist die Einrichtung und Wartung der aktiven Wirkelemente kostenaufwendig.

[0009] Im Stand der Technik wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, die Kommunikation zwischen den beteiligten Komponenten per Funk zu realisieren, um die Kabelkosten zu reduzieren. Die Wirkelemente selbst mit einem Funkmodul zu versehen, kommt jedoch aufgrund der notwendigen Energieversorgung solcher Module und aus Kostengründen nicht in Betracht.

[0010] Die Hauptstrecken im europäischen Raum kennen bereits eine zentral gesteuerte Zugsicherung über Funk. Dieses System ist unter dem Namen ETCS bekannt. Das ETCS System arbeitet über Funk mit Positions-Balisen und sicheren Rechnersystemen in der Zugkomposition. Die Problematik dieses Systems liegt jedoch in den hohen Kosten der zentralen Leitstelle und der GSMR Abdeckung. Auch die Lokomotivrechner sind aufwändig ausgeführt, da sie die Position und eine Vielzahl von Parametern berechnen müssen. Für Nebenbahnen ist ein solches System zu kostenaufwändig.

[0011] In der Schweiz gibt es die Funkeinschaltung von Bahnübergängen bereits. Diese Systeme können jedoch nur den Sicherungsvorgang einleiten und sind in der Regel nicht sicher im Sinne der Sicherheitstechnik. Insbesondere ist das Problem bisher ungelöst, wie das Fahrzeug den Abstand des zu sichernden Bereichs ermittelt und was bei einem Ausfall oder einer Unterbrechung der Funkverbindung geschieht.

[0012] Die zur Zeit neueste Technik sieht vor, Strecken im Funk-Fahrbetrieb zu betreiben. Hierbei werden alle An-, Abmeldungen und Signalisierungen per Funk direkt an das Triebfahrzeug übertragen. An der Strecke sind sogenannte Balisen angebracht, die die Zugsteuerung ausliest und mit denen sie die aktuelle Position ermitteln kann. Anhand der im Rechner hinterlegten Streckendaten können so Ereignisse wie z.B. Anmeldungen usw. gesendet werden. Auf optische Signale entlang der Strecke kann so ebenfalls verzichtet werden.

[0013] Ein Bahnübergang im Funk-Fahrbetrieb empfängt die Anmeldung einer Lokomotive über Funk. Die Lokomotive sendet sie automatisch an einer entsprechenden Streckenposition. Die Sicherungsanlage schaltet sich ein und sendet eine Quittierung zurück an die Lokomotive. Bleibt diese Quittierung aus, so leitet die Lokomotive ab einer gewissen Position vor dem Bahnübergang eine Zwangsbremsung ein.

[0014] Die traditionelle Zugbeeinflussung (Zugsicherung) wird in diesem System nicht verwendet, so dass kein Mischbetrieb möglich ist und ganze Strecken umgerüstet werden müssen. Ausserdem ist das System sehr komplex und aufwändig in der Realisierung.

[0015] Die US 5,098,044 beschreibt ein System zur Steuerung von Sicherungsanlagen an Bahnübergängen über eine sichere Funkverbindung. Das Zugsteuerungssystem erkennt an einem Wirkelement, hier einem Transponder, das an der Strecke in grösserem Abstand als der Bremsdistanz angeordnet ist, dass ein Bahnübergang bevorsteht. Daraufhin wird eine sichere Funkverbindung zwischen der Zugsteuerung und der Sicherungsanlage aufgebaut. Eine Zwangsbremsung wird eingeleitet, falls die sichere Funkverbindung bei Erreichen der Bremsdistanz noch nicht besteht oder falls ausgetauschte Nachrichten in den jeweiligen Steuerungen des Zuges bzw. der Sicherungsanlage fehlerhaft sind.

[0016] Nachteilig an diesem System ist der relativ grosse Infrastrukturaufwand; insbesondere müssen die Transponder so gestaltet sein, dass sie Informationen über die Entfernung des Bahnübergangs und die bis zur Einleitung der Zwangsbremsung zur Verfügung stehende Zeit an die Zugsteuerung übermitteln. Schliesslich ist auch hier kein Mischbetrieb mit konventionell gesicherten Übergängen, d.h. solchen mit kabelgestützter Signalisation, möglich, was die gleichzeitige Umrüstung ganzer Strecken erfordert und daher zumindest in der Übergangsphase nachteilig ist.

[0017] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit von Gefahrenquellen, insbesondere von Bahnübergängen an Nebenstrecken, unter Vermeidung der Probleme des Standes der Technik zu erhöhen. Insbesondere soll ein System und Verfahren zur Verfügung gestellt werden, das zur Zugsicherung bereits bestehende Komponenten nutzt und auch einen Mischbetrieb mit konventionell gesicherten Gefahrenquellen erlaubt.

[0018] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Zugsteuerungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1, einem Sicherungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 5 und einem Verfahren zur Erhöhung der Sicherheit an Gefahrenquellen mit den Merkmalen von Anspruch 9. Das Zugsteuerungssystem nach Anspruch 1 betrifft die Ausstattung der Züge; das Sicherungssystem nach Anspruch 5 umfasst sowohl ortsfeste Komponenten als auch die Zugausstattung. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

[0019] Die Erfindung wird vorzugsweise zur Erhöhung der Sicherheit von Bahnübergängen auf Nebenstrecken angewendet, wo sich eine aufwändige Aufrüstung gemäss ETCS Standard oder ähnlichem nicht rentiert.

[0020] Das erfindungsgemässe Zugsteuerungssystem geht davon aus, dass ein mit dem Zug mitbewegtes Zugbeeinflussungssystem (Zugsicherung) vorhanden ist, wie es an sich bekannt ist. Dieses wird durch Interaktion mit wenigstens einem entlang der Bahnstrecke in einem Abstand von der Gefahrenquelle ortsfest angeordneten Wirkelement, insbesondere einem passiven Wirkelement wie einem Permanentmagneten, in einen Bereitschaftsmodus versetzt. Wenn das Zugbeeinflussungssystem im Bereitschaftsmodus ist und innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne kein Steuersignal empfängt, wird automatisch eine Zwangsbremsung eingeleitet. Ein solches Steuersignal kann ein vom Zugführer ausgelöstes Signal sein, z.B. ein Quittierungs-oder Aufinerksamkeitssignal. Ebenso wird darunter der Fall verstanden, dass die Wirkung des Wirkelements durch ein zweites aktives Wirkelement neutralisiert wird, sei es, dass das aktive Wirkelement das erste Wirkelement für die Zugbeeinflussung unsichtbar macht oder dass es in der Zugbeeinflussung ein Steuersignal hervorruft, welches den Bereitschaftsmodus ausschaltet. Ein derartiges Zugbeeinflussungssystem ist Stand der Technik und dient als Grundlage für die erfindungsgemässe Weiterentwicklung.

[0021] Die Erfindung geht ausserdem davon aus, dass im Bereich der Gefahrenquelle eine steuerbare Sicherungsanlage angeordnet ist, die in der Lage ist, über Funk zu kommunizieren, insbesondere indem die Steuerung ein stationäres Funkmodul aufweist.

[0022] Erfindungsgemäss umfasst das Zugsteuerungssystem zusätzlich zu den bereits erwähnten Komponenten ein mitbewegtes Funkmodul. Die Steuerung ist so eingerichtet, dass sie - vorzugsweise unabhängig von Wirkelementen an der Strecke - eine gesicherte Funkverbindung zur steuerbaren Sicherungsanlage aufbaut und beispielsweise wenigstens bis zum Passieren der Gefahrenquelle aufrechterhält. Die Steuerung teilt der Sicherungsanlage in wenigstens einer ersten Nachricht den Beginn des Bereitschaftsmodus mit, also das Passieren des Wirkelements. Als Wirkelement kann jedes Wirkelement dienen, das auch in konventionellen Systemen eingesetzt wird, z.B. die üblichen Gleismagneten, aber auch Balisen und dergleichen. Das Wirkelement, das konventionell zum Aktivieren der Zugbeeinflussung dient, hat vorliegend also die (alternative oder zusätzliche) Aufgabe, ein Positionssignal zu erzeugen, das der Steuerung der Sicherungsanlage übermittelt wird und aus der eine Positionsinformation abgeleitet werden kann. Die herkömmlichen Positionssensoren (Bezugszeichen 2 in Fig. 1) sind daher entbehrlich bzw. können mit dem Wirkelement zu einer gemeinsamen Einheit zusammengefasst werden, wobei auf eine Kabelverbindung zur Sicherungsanlage verzichtet werden kann.

[0023] Bei bestehender sicherer Funkverbindung empfängt das Zugsteuerungssystem eine zweite Nachricht über den Zustand der Sicherungsanlage und wertet diese aus. In Abhängigkeit vom Inhalt der zweiten Nachricht gibt das Zugsteuerungssystem ein Steuersignal zur Unterdrückung der Zwangsbremsung an das Zugbeeinflussungssystem ab. Die Unterdrückung der Zwangsbremsung unterbleibt, d.h. die Zwangsbremsung erfolgt, wenn keine Funkverbindung (mehr) besteht oder die Zugsteuerung durch die Sicherungsanlage über einen Fehler informiert wurde.

[0024] Gemäss der Erfindung sind die Funktionen des Wirkelements für die Zugbeeinflussung und der Zugerfassungssensoren durch eine einzige Baugruppe realisiert, welche ohne eine Kabelanbindung auskommt. Elektrotechnisch ist diese Baugruppe passiv und verfügt über keinerlei Energiezufuhr. Wenn eine sichere Funkverbindung den Informationsaustausch zwischen Zug und Sicherungsanlage gewährleistet, dient das konventionelle Wirkelement sowohl zum Aktivieren der Zugbeeinflussung als auch als Einschaltpunkt und Ortsinformation für die Aktivierung der Sicherungsanlage. Sobald die Sicherungsanlage aktiviert ist, wird der Zug darüber informiert und die andernfalls automatisch eingeleitete Zwangsbremsung verhindert.

[0025] Da die Zugbeeinflussung im Prinzip unverändert verwendet wird, ermöglicht die Erfindung in vorteilhafter Weise einen Mischbetrieb mit konventionellen (Signalübertragung über Kabel) und funkgesteuerten Sicherungsanlagen. Im konventionellen Betrieb wird das Steuersignal zum Deaktivieren des Bereitschaftszustands für die Zwangsbremsung beispielsweise in bekannter Weise durch das aktive Wirkelement erzeugt.

[0026] In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Zugsteuerung anhand der Wirkelemente unterscheiden, ob es sich um einen konventionell gesicherten oder einen per Funk gesicherten Bahnübergang handelt. Hierzu sind beispielsweise stationäre Wirkelemente vorhanden, die unterschiedlich mit den Empfangskomponenten der Zugsteuerung wechselwirken. Im einfachsten Fall sind bei einem funkgesteuerten Übergang zwei konventionelle Wirkelemente, z.B. zwei Permanentmagnete, kurz hintereinander angeordnet, so dass die Zugsteuerung zwei Impulse registriert. Die Unterscheidung kann aber auch durch die Übermittlung von im Wirkelement gespeicherter Information erfolgen.

[0027] Die sichere Funkverbindung wird vorzugsweise zu allen Sicherungsanlagen aufgebaut, die für die Zugsteuerung "sichtbar" sind. In der Zugsteuerung sind vorzugsweise alle Übergänge und weitere Gefahrenstellen in der tatsächlichen Reihenfolge z.B. als Tabelle hinterlegt. Mobile Gefahren (Baustellen) könnten mit einem speziellen Index "markiert" sein und würden so die Flexibilität erhöhen. Die Zugsteuerung tauscht die erwähnten Nachrichten nur mit derjenigen Sicherungsanlage aus, die in der gespeicherten Abfolge die nächste ist.

[0028] Im Vergleich zum zentral gesteuerten Funk-Fahrbetrieb benötigt die Zugsteuerung vorliegend keinerlei differenzierte Informationen über die Bahnübergänge, da die Kontrolle des Zugs von der Steuerung der Sicherungsanlage übernommen wird und somit nur ein Halt- oder Fahrtsignal übermittelt werden muss. Daraus resultiert eine wesentliche Vereinfachung des Betriebs und der Wartung, da nur der Controller der Sicherungsanlage die genaue Beschaffenheit (Position) der Ortungsdetektoren zu kennen braucht und im Änderungsfall keine aufwändigen und fehlerträchtigen Updates der in der Lokomotive gespeicherten Daten erfolgen müssen.

[0029] Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, dass die Zugsteuerung die Steuerung der Sicherungsanlage gezielt zum Offenhalten des Übergangs auffordern kann, auch wenn der Zug bereits das Wirkelement passiert hat. Dies ist beispielsweise dann zur Verkürzung der Schliesszeiten wichtig, wenn kurz vor dem betroffenen Bahnübergang noch ein regulärer Halt erfolgt, z.B. an einem Bahnhof.

[0030] Ein weiterer Nebeneffekt eines solchen Anlagesystems besteht darin, dass ein Zug, welcher nicht über die Funkausrüstung verfügt, automatisch zu einem Not-Halt gezwungen wird.

[0031] Beispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben. Es zeigen rein schematisch:

Fig. 1 und 2

die "unsichere" bzw. "sichere" Einschaltung gemäss dem Stand der Technik

Fig. 3

die stationären und mitbewegten Komponenten des erfindungsgemässen Systems;

Fig. 4

das erfindungsgemässe System in Anlehnung an die "unsichere" Einschaltung;

Fig.5

das erfindungsgemässe System in Anlehnung an die "sichere" Einschaltung;

Fig. 6

den Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens;

Fig. 7-10

einzelne Schritte des Verfahrens im Normalbetrieb;

Fig. 11-14

die Abläufe bei verschiedenen Fehlern.

[0032] Die in Fig. 1 und 2 gezeigten konventionellen Systeme mit kabelgebundener Zugdetektion, Einschaltung der Sicherungsanlage und Fahrtfreigabe wurde bereits eingangs erläutert.

[0033] Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm des erfindungsgemässen Zugsteuerungssystems 10. Es umfasst ein Zugbeeinflussungssystem 11, welches funktionell eine Empfangseinheit 12 für die Interaktion mit stationären Wirkelementen 4, 5 sowie ein Nothaltsystem 13 aufweist. Durch Wechselwirkung mit einem Wirkelement 4 wird das Nothaltsystem 13 in den Bereitschaftsmodus versetzt, was hier rein symbolisch durch das Schliessen eines Schalters 14 dargestellt ist. Bereitschaftsmodus bedeutet, dass ohne Gegenmassnahmen automatisch die Zwangsbremsung eingeleitet wird. Das erste Wirkelement 4 kann im konventionellen Betrieb durch ein zweites Wirkelement 5 neutralisiert werden, oder das zweite Wirkelement 5 kann in der Empfangseinheit 12 ein Signal auslösen, welches den Bereitschaftsmodus beendet. Erfindungsgemäss ist zusätzlich ein Funkmodul 15 vorhanden, mit dem die Steuerung 10 eine gesicherte Funkverbindung zur Sicherungsanlage aufbaut. Wenn von der Sicherungsanlage die Mitteilung erhalten wird, dass die Gefahrenstelle gesichert ist, greift die Steuerung 10 in das Zugbeeinflussungssystem 11 ein, indem es den Bereitschaftsmodus beendet (symbolisiert durch Öffnen des Schalters 14). Die Steuerung der Sicherungsanlage übernimmt also indirekt die Kontrolle über den Zug, wobei auch der umgekehrte Fall möglich ist, z.B. Offenhalten eines Übergangs durch den Zug. Sollte zu sich der Zustand der Sicherungsanlage zu einem späteren Zeitpunkt wieder ändern, kann erneut in das Zugbeeinflussungssystem 11 eingegriffen werden, um die Zwangsbremsung einzuleiten. Hierdurch können die Folgen einer Fehlfunktion der Sicherungsanlage zumindest abgemildert werden.

[0034] Die wesentlichen Komponenten des Gesamtsystems werden mit Bezug auf Fig. 3 und 4 beschrieben:

[0035] Die Kontrolleinrichtung der Lokomotive (Zugsteuerungssystem 10) kann in folgende Teilfunktionen gegliedert werden:

• Funk-Sende-/Empfangseinheit 15: Die Kontrolleinrichtung der Lokomotive versucht über eine gesicherte Funkverbindung ständig, mit einer definierten Sicherungsanlage Kontakt aufzunehmen.
• Optische Signalisation: Die optischen Signalgeber, welche bis anhin auf der Strecke dem Lokführer signalisierten ob der Zug freie Fahrt (grün) hat oder Anhalten (rot) muss, respektive seine Geschwindigkeit reduzieren sollte (unterschiedliche Signalbilder, je nach Bahnbetreiber), sind weiterhin vorhanden. Sie können jedoch in der Kontrolleinrichtung der Lokomotive platziert sein, denn die Information von der Sicherungsanlage können über Funk an die Kontrolleinrichtung gesendet werden und somit kann auch die optische Signalisation an der Strecke entfallen.
• Neutralisation der Zugbeeinflussung: Dies ist ein wesentlicher Bestandteil der Funktionalität und muss sicherheitstechnisch sicher ausgeführt werden. Es sind beispielsweise zwei Ausführungsmethoden denkbar:
  a) Die Zugsicherungsdetektion wird doppelt ausgeführt, wovon derjenige Detektor für die Not-Halt Funktion über ein Neutralisationselement (z.B. magnetisches Feld einer Spule) im Falle einer zustande gekommenen Funkverbindung unwirksam wird.

  b) Die Alternative wäre, das Signal nach dem Detektor von der NotHaltfunktion auf die Positionsdetektionsfunktion im Falle einer zustande gekommenen Funkverbindung umzuschalten und so mit lediglich einem Detektorkreis die volle Funktion abzudecken.
• Zugbeeinflussung: Die Zugsicherung ist nach wie vor ein Bestandteil des Systems, um einen allfälligen Not-Halt des Zugs zu gewährleisten und um auch mit dem herkömmlichen Streckennetz noch korrekt funktionieren zu können.
• Ortungsdetektor 12: Entspricht technisch gesehen einer Zugsicherungsdetektion, jedoch wird das detektierte Signal nicht an einen Not-Halt gekoppelt sondern als logisches Funktionselement in der Positionserfassung verwendet. Die logische Funktion wird mit Bezug auf Fig. 8 (Ortung der Lokomotive) beschrieben.

[0036] Weitere stationäre Elemente des Gesamtsystems entlang der Strecke:

• Ortungselement: Als Wirkelement bzw. Ortungselement eignet sich beispielsweise eine magnetische Zugsicherung, ein induktives Schwingkreissystem oder ähnliches, welches passiv und somit ohne eine eigene Energiequelle betrieben werden kann. Die Anordnung von zwei hintereinander platzierten Elementen definiert beispielsweise den Unterschied zu einer konventionellen Zugsicherung. Mittels der oben erwähnten logischen Funktion (Ortung der Lokomotive) definiert das Steuersystem in der Lokomotive, dass es sich um eine funkgesteuerte Sicherungsanlage handelt, d.h. die Wirkelemente eine Ortungsfunktion haben und daher als Ortungselemente arbeiten.
• Bei Bedarf können auch weitere Wirkelemente platziert werden um beispielsweise die Schliesszeiten zu senken bzw. die Verfügbarkeit zu erhöhen.

[0037] Die Sicherungsanlage wird im Folgenden anhand einer Bahnübergangssteuerung erläutert. Es könnte jedoch auch ein Streckenabschnitt (Tunnelstrecke mit Gefahrenmeldung) oder eine Weiche für einen Kleinbahnhof oder eine Kreuzung als Anwendung realisiert werden. Die Steuerung der Sicherungsanlage verfügt insbesondere über folgende Komponenten:

• Funk-Sende-/Empfangseinheit 6 zur Übermittlung des Sicherungszustandes der Anlage.
• Lokale Zugerkennung: Diese Komponente ist in der unmittelbaren Umgebung der Steuerung platziert, um das Verlassen des Zuges aus dem Gefahrenbereich zu erfassen. Prinzipiell könnte auch diese Funktion über Ortungsdetektoren gelöst werden, indem das System eine erste Kombination als Eincheckfunktion und eine zweite als entsprechende Auscheckfunktion verwendet.
• Anlagespezifische Sicherungskomponenten, z.B. Lichtzeichen, Schranken etc. oder Durchfahrtssperren und Weichen, wie an sich bekannt.

[0038] Erfindungsgemäss basiert das System auf dem Aufbau einer sicheren Funkstrecke. Der Betrieb einer sicheren Funkstrecke ist bereits Stand der Technik und muss definierten (normierten) Kriterien genügen, z.B. Identifikation der Teilnehmer, Zeitstempel etc. Die Funkstrecke wird vorliegend als "Blackbox System" betrachtet und kann auf verschiedene geeignete Arten realisiert werden.

[0039] Fig. 4 zeigt eine erste und zugleich sehr einfache Ausführung der stationären Komponenten des erfindungsgemässen Gesamtsystems, die auf dem konventionellen System gemäss Fig. 1 basiert. Die Funktion des Zugdetektionselements 2 und des ersten Wirkelements 4 sind in eine gemeinsame Baugruppe integriert, im Folgenden auch als Ortungselemente 2/4 bezeichnet. Das beim Stand der Technik übliche Zugdetektionselements 2, das über eine Kabelverbindung mit der Sicherungsanlage verbunden ist, ist vorliegend nicht notwendig, denn das vom Wirkelement 4 in der Steuerung 10 ausgelöste Signal dient als Information, dass der Zug das Wirkelement 4 passiert hat, und somit als Ortssignal. Dieses wird an die Sicherungsanlage 7 per Funk übermittelt, wozu diese ein Funkmodul 6 aufweist.

[0040] Der Abstand zwischen den Ortungselementen 2/4 und Sicherungsanlage 7 entspricht der Sicherungszeit T1 (multipliziert mit der Zuggeschwindigkeit) zuzüglich dem Bremsweg T2, jeweils für den schnellsten Zug. Diese Ausführung entspricht der in der Schweiz üblichen unsicheren Einschaltung (siehe oben Fig. 1).

[0041] Eine weitere Ausführung entsprechend der "sicheren" Einschaltung gemäss Fig. 2 kann mit einer erweiterten Anordnung von Komponenten realisiert werden und ist in Fig. 5 dargestellt. Im Unterschied zur unsicheren Variante kann bei dieser Ausführung eine erste Positionsmeldung (Baugruppe 2'/4') zur Bereitschaftsindikation genutzt werden und eine weitere Positionsmeldung (Baugruppe 2"/4") zur effektiven Sicherung des Überganges 7 führen. Diese Anordnung würde die Sperrzeit der Anlage verkürzen, erhöht aber den Materialaufwand.

[0042] Der Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens ist in Fig. 6 skizziert und wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 7-10 beschrieben.

[0043] Fig. 7 Verbindungsaufbau: Kommt eine zulässige (z.B. mit dem richtigen Bahnübergang) sichere Funkverbindung 3 zwischen Lokomotive 1 und dem Funkmodul 6 der Sicherungsanlage 7 zu Stande, kann die Zugsicherungsdetektion in der Lokomotive umgeschaltet werden und dient dem System als Ortungsdetektor. Das heisst, dass das nächste Wirkelement 4 an der Strecke nicht die Zwangsbremsung in Gang setzt, sondern dazu führt, dass über die sichere Funkverbindung ein Positionssignal an die Sicherungsanlage 7 abgegeben wird. Die Lokomotive hat bei Zustandekommen der Funkverbindung 3 noch eine undefinierte Entfernung vom Übergang. Die Position der Lokomotive ist für die Sicherungsanlage 7 erst bekannt, wenn das Element 4 detektiert wird.

[0044] Der Lokführer kann mittels einer Kontrolleinrichtung im Führerstand, z.B. über eine Lampe, über die zustande gekommene Funkverbindung informiert werden, braucht jedoch nichts zu unternehmen.

[0045] Fig. 8 Ortung der Lokomotive: Die Funkverbindung 3 zwischen der Lokomotive 1 und dem Funkmodul 6 der Sicherungsanlage 7 bleibt erhalten. Wird der erste Ortungsdetektor 2 überfahren, startet ein Zeitglied T_ZS, beispielsweise mit einer Dauer von ca. 1s, in der Kontrolleinrichtung für das zu erwartende zweite Ortungselement 4. Wird dieses ebenfalls detektiert, handelt es sich um eine Sicherungsanlage 7 mit Funkübertragung. Wird kein zweites Element erkannt, handelt es sich um eine konventionelle Sicherungsanlage oder eines der beiden Ortungselemente 2, 4 ist defekt, und ein Not-Halt muss eingeleitet werden.

[0046] Im Falle einer über Funk gesicherten Anlage ist die Position der Lokomotive mit dem zweiten Detektionsvorgang definiert.

[0047] Fig. 9 Auslösen des Sicherungsvorganges: Die Lokomotive 1 sendet über die sichere Funkverbindung 3 einen Sicherungsbefehl an die Sicherungsanlage 7 und löst damit den Sicherungsvorgang aus. Die Sicherungsanlage antwortet mit einer Fahrtfreigabe oder einem Haltebefehl, je nach Bedarf des zu sichernden Abschnitts.

[0048] Die Sicherungszeit T1 des Bahnübergangs beginnt, nach Ablauf dieser Zeit muss der Übergang gesichert sein. Auf Grund der bestehenden Kommunikation kann die Steuerung der Sicherungsanlage 7 den Zug jederzeit durch Senden eines entsprechenden Befehls an die Zugsteuerung zu einem Not-Halt bringen. Bis zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Lokomotive noch immer weiter weg vom Übergang als die Bremswegdistanz T2.

[0049] Ein Not-Halt wird ebenfalls bei einem unzulässig langen Funkunterbruch 3 erwirkt, siehe Fig. 12. Diese Massnahme gehört zu dem Standard bei sicheren Funkverbindungen.

[0050] Fig. 10 Fahrtfreigabe für die Lokomotive: Die Fahrtfreigabe kann im Führerstand über die Kontrolleinrichtung mit einer z.B. grünen Lampe angezeigt werden. Dieser Vorgang muss vor Ablauf der Sicherungszeit T1 erfolgen. Die Lokomotive dringt jetzt in die "gefährliche" Zone ein da die Bremswegdistanz T2 durchfahren wird. Der Übergang ist vorliegend jedoch bereits gesichert. Dank der Funkverbindung kann der Zug jedoch immer noch über Unregelmässigkeiten des Systems informiert werden und allenfalls zu einem Not-Halt gezwungen werden.

[0051] Der Bahnübergang wird mit einer konventionellen Zugdetektion wieder freigegeben, nachdem der Zug sich vom Übergang entfernt hat. Die Freigabe wird ebenfalls über Funk der Kontrolleinrichtung im Führerstand mitgeteilt, und diese kann mit der nächsten Sicherungsanlage Verbindung aufnehmen. Die alternative Freigabe mit Hilfe eines weiteren Ortungsblocks wurde bereits oben im Zusammenhang mit der Sicherungsanlage (lokale Zugerkennung) erwähnt.

[0052] Die Behandlung möglicher Fehler ist in den Fig. 11-14 dargestellt. Die Erfindung basiert grundsätzlich auf einer bidirektionalen Kommunikation mit einer sicheren Ortung des Zugs (Positionierung der beiden Ortungselemente). Ein fehlerhaftes Verhalten der Sicherungsanlage kann der Lokomotive mittgeteilt werden. Es können unterschiedliche Fehler zu Störungen führen:

[0053] Fig. 11 Sichere Funkübertragung nicht aufgebaut: Die Funkverbindung 3 ist nicht zustande gekommen (kein Zustandsaustausch möglich). Das erste Ortungselement wird somit als Wirkelement einer konventionellen Zugsicherung "gelesen", und die Lokomotive leitet über das Zugbeeinflussungssystem einen Not-Halt ein.

[0054] Fig. 12 Verlust der sicheren Funkübertragung: Bei einer unterbrochenen Funkverbindung 3 (z.B. kein Zustandsaustausch mehr möglich, gemäss Definition einer Funkunterbrechung bei sicheren Funkverbindungen) ist vorliegend die Ortung durch beide Ortungselemente bereits erfolgt, und der Bahnübergang kann gesichert werden. Die Kontrolleinheit der Lokomotive leitet jedoch unabhängig vom Sicherungszustand der Anlage einen Not-Halt ein.

[0055] Fig. 13 nicht (vollständig) gesicherter Bahnübergang: Der Sicherungsvorgang wird nicht innerhalb der Sicherungszeit T1 abgeschlossen werden können. Da die Bremswegdistanz T2 noch eingehalten ist, wird der Lokomotive über die Kontrolleinheit keine Fahrtfreigabe erteilt und ein Not-Halt eingeleitet

[0056] Fig. 14 nicht aufrecht gehaltene Sicherung des Bahnüberganges: Im Gegensatz zu bestehenden Sicherungssystemen kann sogar ein Not-Halt erzwungen werden, auch wenn die Ortungselemente bereits passiert wurden. Das heisst nicht, dass es zu keinem Unfall kommt, aber die Geschwindigkeit reduziert sich immerhin. Vorliegend ist die Funkverbindung noch vorhanden, aber ein Teildefekt in der Sicherungsanlage 7 ist nach einer erfolgreichen Sicherung, also erst nach Ablauf von T1 und der regulären Fahrtfreigabe, aufgetreten. Die Sicherung des Überganges ist nicht mehr vollständig, und es besteht ein potentielles Risiko mit Kollisionsgefahr. Die Kontrolleinheit der Lokomotive kann jedoch noch einen Not-Halt einleiten und allfällige andere Sicherheitsmassnahmen wie Warnlicht und akustische Signalisation automatisch vornehmen.

Ansprüche

1. Zugsteuerungssystem (10) zur Erhöhung der Sicherheit im Bereich von Gefahrenquellen entlang einer Bahnstrecke, wobei im Bereich der Gefahrenquelle eine steuerbare Sicherungsanlage (7) angeordnet ist, umfassend ein mit dem Zug mitbewegtes Zugbeeinflussungssystem (11), welches durch Interaktion mit wenigstens einem entlang der Bahnstrecke in einem Abstand von der Gefahrenquelle ortsfest angeordneten Wirkelement (4) in einen Bereitschaftsmodus versetzt wird und im Bereitschaftsmodus bei Nichtempfang eines Steuersignals innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne eine Zwangsbremsung einleitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugsteuerungssystem (10) ein mitbewegtes Funkmodul (15) aufweist und mit diesem eine gesicherte Funkverbindung zur steuerbaren Sicherungsanlage (7), die ein weiteres Funkmodul (6) aufweist, aufzubauen imstande ist, der Sicherungsanlage (7) in wenigstens einer ersten Nachricht den Beginn des Bereitschaftsmodus mitzuteilen und von diesem wenigstens eine zweite Nachricht über den Zustand der Sicherungsanlage (7) zu empfangen imstande ist, wobei das Zugsteuerungssystem (10) die zweite Nachricht auszuwerten imstande ist und in Abhängigkeit von der zweiten Nachricht das Steuersignal zur Unterdrückung der Zwangsbremsung an das Zugbeeinflussungssystem (11) abzugeben imstande ist.

2. Zugsteuerungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugbeeinflussungssystem sowohl durch konventionelle Wirkelemente (4, 5) erzeugte Steuersignale als auch Steuersignale, die durch das Zugsteuerungssystem (10) aufgrund einer empfangenen Funknachricht erzeugt wurden, zu verarbeiten imstande ist.

3. Zugsteuerungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es aufgrund der Interaktion mit dem wenigstens einen Wirkelement (4, 5) zwischen einer konventionellen Sicherungsanlage und einer funkgesteuerten Sicherungsanlage (7) zu unterscheiden imstande ist.

4. Zugsteuerungssystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugbeeinflussungssystem (11) einen Sensor, z.B. in Form eines Schwingkreises, umfasst, der mit einem vorzugsweise passiven stationären Wirkelement (4), z.B. in Form eines Permanentmagneten, einer Spule, eines Schwingkreises, zusammenzuwirken imstande ist.

5. System zur Erhöhung der Sicherheit im Bereich von Gefahrenquellen entlang einer Bahnstrecke mit einem Zugsteuerungssystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wenigstens einem in einem Abstand von der Gefahrenquelle ortsfest angeordneten Wirkelement (4) und wenigstens einer steuerbaren Sicherungsanlage (7), die die Gefahrenquelle zu sichern imstande ist und ein Funkmodul (6) zur Kommunikation mit dem Zugsteuerungssystem (10) umfasst.

6. Sicherungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wirkelement (4) dem Zugsteuerungssystem (10) anzugeben imstande ist, ob die Gefahrenquelle eine konventionelle Sicherungsanlage oder eine funkgesteuerte Sicherungsanlage (7) aufweist.

7. Sicherungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass pro Gefahrenquelle wenigstens ein Paar von Wirkelementen (4) vorhanden ist, die in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind.

8. Sicherungssystem nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass in unterschiedlichen Abständen von der Gefahrenquelle wenigstens zwei Wirkelemente (4) vorhanden sind, vorzugsweise zwei Paare von Wirkelementen.

9. Verfahren zur Erhöhung der Sicherheit im Bereich von Gefahrenquellen entlang einer Bahnstrecke, wobei im Bereich der Gefahrenquelle eine steuerbare Sicherungsanlage (7) angeordnet ist, bei welchem ein mit dem Zug mitbewegtes Zugbeeinflussungssystem (11) durch Interaktion mit wenigstens einem entlang der Bahnstrecke in einem Abstand von der Gefahrenquelle ortsfest angeordneten Wirkelement (4) in einen Bereitschaftsmodus versetzt wird und im Bereitschaftsmodus bei Nichtempfang eines Steuersignals innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne eine Zwangsbremsung einleitet, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Übermitteln einer ersten Nachricht vom Zug (1) an die Sicherungsanlage, welche das Überfahren des Wirkelements (4) anzeigt;

- Übermitteln einer zweiten Nachricht von der Sicherungsanlage (7) an den Zug (1), welche den Zustand der Sicherungsanlage (7) anzeigt;

- automatisches Generieren und Abgeben des Steuersignals zur Unterdrückung der Zwangsbremsung an das Zugbeeinflussungssystem (11), falls die Sicherungsanlage (7) im gesicherten Zustand ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zugsteuerungssystem (10) in Abhängigkeit vom Wirkelement (4) zwischen einer konventionellen Sicherungsanlage oder eine funkgesteuerten Sicherungsanlage (7) zu unterscheiden imstande ist, wobei im Fall einer funkgesteuerten Sicherungsanlage (7) das Zugbeeinflussungssystem (11) in Abhängigkeit von der empfangenen zweiten Nachricht gesteuert wird und im Fall einer konventionellen Sicherungsanlage die Unterdrückung der Zwangsbremsung durch andere Mittel, insbesondere durch Interaktion mit einem weiteren Wirkelement (5), zugelassen wird.

Zeichnung