Entscheidendes Signal – Zugerfassung mit Ultraschallsensorik

Kaum ist der Zug abgefahren, wird die Information auf der Anzeigetafel über dem Bahnsteig gelöscht. Das geschieht vollautomatisch und ohne aktives Eingreifen der Leitstelle. Denn der Sensor, der die Bewegung des Zuges erfasst, ist direkt am Bahnsteig montiert und mit dem Anzeigesystem verbunden. Sein Signal wird aber auch für die übergeordnete Lenkung der Züge ausgewertet. Im Zugerfassungssystem von HNC kommt die Information „Gleis frei/nicht frei“ von einem Ultraschallsensor von Pepperl+Fuchs.

Um die Gleise effizient zu nutzen und die Fahrgäste verlässlich informieren zu können, muss die Leitstelle genau wissen, ob ein Gleis frei oder belegt ist. HNC Controlling Networks in Mittenaar hat sich auf Geräte für die Erfassung von Zugbewegungen spezialisiert. Die Produkte des Unternehmens sind auf Bahnsteigen in mehreren europäischen Ländern sowie in Israel im Einsatz.

In den Zugerfassungsgeräten der ZHS-Serie von HNC sind jeweils ein Mikrowellensensor und ein Ultraschallsensor kombiniert. Der erste funktioniert nach dem Radar-Prinzip. Seine elektromagnetischen Wellen erfassen anhand des Wechsels von Waggon und Kupplungslücke die Bewegung des fahrenden Zuges. Für die zuverlässige Erkennung des stehenden Bahnfahrzeugs ist dagegen der Ultraschallsensor der Serie UB4000-30GM von Pepperl+Fuchs zuständig. „Er liefert eine entscheidende Basisinformation“, erklärt Christiane Pfeiffer von HNC. „Sein Messsignal ist robust und zuverlässig. Er detektiert die Züge unabhängig von ihrer Form und Farbe. Dabei lässt er sich weder von nassen und spiegelnden noch von verschmutzten Oberflächen irritieren.“ Wichtig für den Betrieb im Freien ist auch die Witterungsunabhängigkeit des Messprinzips. Ultraschall wird durch Schnee oder Nebel ebenso wenig beeinträchtigt wie durch Staub und Abgase.

Das kombinierte Sensorpaket wird in der Regel direkt auf der Anzeigetafel oder unter dem Bahnsteigdach montiert. Der Ultraschallsensor ist in beiden Fällen von schräg oben auf die Außenkante des Zugdaches gerichtet. Er sendet kurze Ultraschallpulse aus und erfasst deren Echo, das vom Objekt – in diesem Fall der Zug – zurückgeworfen wird. Der Erfassungsbereich wird mit zunehmender Entfernung vom Sensor breiter, man spricht von der sogenannten Schallkeule. Ihre Form lässt sich an die Anwendung anpassen. Die Sensoren, die HNC einsetzt, verfügen über eine Reichweite von vier oder sechs Metern, ihre Schallkeulen haben einen besonders großen Durchmesser, damit sie eine entsprechend große Fläche der Zugaußenhaut abtasten können. So liegen unterschiedliche Zugkonturen zuverlässig in ihrem Erfassungsbereich, und der Sensor erkennt den stehenden Zug auch dann, wenn er auf eine Kupplungslücke zwischen zwei Wagen gerichtet ist. 

„Eine Verschmutzung des Sensors selbst beeinflusst die Signalgebung ebenfalls nicht“, betont Wolfgang Fischer von Pepperl+Fuchs, der HNC in allen Fragen rund um den Ultraschall unterstützt. „Die schallerzeugende Membran vibriert und verhindert so jede nennenswerte Anhaftung an der für das Senden und Empfangen der Pulse entscheidenden Stelle. Aus diesem Grund benötigt dieser Sensor auch weder Wartung noch Reinigung.“

Pro Bahnsteig werden ein oder zwei HNC-Sensoren verwendet. Bei zwei Sensoren an den Bahnsteigenden kann die Ein- und Ausfahrt in beide Richtungen auch dann sicher erkannt werden, wenn zwei Kurzzüge vom selben Gleis in verschiedene Richtungen fahren. „Der Mikrowellen-Bewegungssensor stellt eine Bewegung fest“, erklärt Christiane Pfeiffer die Funktionsweise der Geräte. „Der Ultraschallsensor detektiert, dass sich ein Objekt auf dem Gleis befindet. Ist die Bewegung beendet, und das Objekt wird von ihm immer noch erfasst, bedeutet das: Der Zug hat gehalten. Nach demselben Prinzip wird auch die Ausfahrt erkannt. Der Bewegungsmelder signalisiert das Losfahren, der Ultraschall erkennt, wenn das Gleis nicht mehr besetzt ist. Auch kurze Rangierbewegungen oder unterbrochene Ein- und Ausfahrten können aus der Kombination der Signale herausgelesen werden. Das gleiche gilt für durchfahrende Züge.“

Die Leitstelle verwendet die von den Sensoren kommenden Daten für die Fahrgastinformation. So wird etwa nach dem Halt des Zuges automatisch die Durchsage mit den Anschlussverbindungen abgespielt. Nach der Abfahrt wird der Hinweis auf der Anzeigetafel gelöscht oder auf die Ankündigung des nächsten Zuges umgestellt. Ebenso werden Schrankenanlagen mit Zustandsinformationen versorgt und Beleuchtungsanlagen intelligent verwaltet. Dies kann bei kleineren Bahnhöfen mit sporadischem Zugverkehr zu erheblicher Energieeinsparung beitragen.

HNC entwickelt derzeit eine neue Generation des Sensorpakets, mit einem integrierten PC und Netzwerkanbindung für LAN und WLAN, Internetanschluss sowie einer Option für Bluetooth. Damit werden Intelligenz und Kommunikationsfähigkeit des Geräts auf eine neue Stufe gehoben. „Der Anwender erhält eine ganze Reihe zusätzlicher Funktionen und Nutzungsoptionen“, erläutert Christiane Pfeiffer. „Die Geräte der neuen Generation werden rückwärtskompatibel sein. Zudem werden wir auch weiterhin Komponenten verwenden, die sich im Bahnbetrieb bereits als dauerhaft zuverlässig bewährt haben.“

Das gilt nicht zuletzt für den Ultraschallsensor. „Wir setzen ihn bereits seit acht Jahren ein und hatten in dieser Zeit eine einzige Reklamation. Auch die Zahl der Reparaturen ist minimal. Zudem haben wir bei Pepperl+Fuchs immer einen Ansprechpartner, der uns bei Bedarf jederzeit unterstützt. Unsere Zielbranche ist extrem sensibel, was die Faktoren Sicherheit und Zeit angeht. Der UB4000-30GM wird auch in der nächsten Produktgeneration das entscheidende Signal liefern.“