AT524098A1 - Fluidische Überwachungseinrichtung und fluidisches Überwachungsverfahren für Radsätze von Schienenfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Fluidische Überwachungseinrichtung und fluidisches Überwachungsverfahren für Radsätze von Schienenfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine fluidische Überwachungseinrichtung für Radsätze von Schienenfahrzeugen mit zumindest einem ersten Sensor, welcher mit einem Radsatz (1) verbindbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass der zumindest erste Sensor dazu ausgebildet ist, Fluidmasseverluste in einem Hohlraum (7) des Radsatzes (1) zu ermitteln, wobei der zumindest erste Sensor oder eine Sensor-Datenübertragungseinheit an einer Stirnseite (15) des Radsatzes (1) anordenbar ist. Dadurch wird einerseits eine präzise Radsatzüberwachung bewirkt und andererseits ein Auslesen von Sensormesssignalen vereinfacht.

Description

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Fluidische Überwachungseinrichtung und fluidisches

Überwachungsverfahren für Radsätze von Schienenfahrzeugen

Die Erfindung betrifft eine fluidische Überwachungseinrichtung für Radsätze von Schienenfahrzeugen mit zumindest einem ersten Sensor, welcher mit einem Radsatz

verbindbar ist.

Radsätze sind sicherheitsrelevante Bauteile von Schienenfahrzeugen.

Eine Zustandsbeurteilung ist wichtig, um Schäden und Fehler (z.B. Risse, fehlende Verbindungsmittel) rechtzeitig erkennen und entsprechende Wartungs- und Instandhaltungs- bzw. Instandsetzungsmaßnahmen durchführen zu können, um eine hohe Betriebssicherheit zu erzielen und Unfälle (z.B. aufgrund von Entgleisungen wegen Radsatzbrüchen etc.) zu vermeiden.

Eine effektive Detektion von Schäden und Fehlern ist insbesondere bei Schnittstellen (z.B. in Verbindungsbereichen, in Bereichen von Trennfugen etc.), wie

sie beispielsweise mehrteilige Radsätze aufweisen, bedeutsam.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die WO 2019/002343 Al bekannt, in welcher ein mehrteiliger Radsatz für ein Schienenfahrzeug dargestellt ist. Eine Radsatzwelle des Radsatzes umfasst drei Segmente, welche stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Radsatzwelle kann mit Druckluft befüllt werden. Im Bereich von Öffnungen von Endteilen der Radsatzwelle sind Drucksensoren vorgesehen, um auf Grundlage von Druckabfällen in einem Innenraum der

Radsatzwelle Radsatzschäden detektieren zu können.

Ferner ist in der DE 10 2009 033 353 Al ein Radsatz für Hochgeschwindigkeitszüge gezeigt, welcher eine als Hohlwelle ausgeführte Radsatzwelle mit einer Stützschraube zur Hemmung einer Rissausbreitung aufweist. Zur Risskontrolle der

Radsatzwelle kann ein Radsatzwelleninnenraum über ein Ventil

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mit Druckluft gefüllt werden. Ein Riss kann anhand eines

Luftaustritts detektiert werden.

Die US 1,488,982 A zeigt eine Radsatzwelle für eine Lokomotive, wobei die Radsatzwelle eine Längsbohrung aufweist. Um Risse in der Radsatzwelle festzustellen, kann mittels einer Pumpe Fluid unter Druck in die Längsbohrung eingeleitet werden. Ein Entweichen des Fluids indiziert einen

Riss in der Radsatzwelle.

Weiterhin ist die EP 2 546 642 A2 bekannt, in welcher eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schadensüberwachung einer Welle mittels Ultraschalls offenbart sind. An einer Stirnseite der Welle sind außermittig Ultraschallwandler angeordnet. In der drehenden Welle werden Ultraschallwellen angeregt, entsprechende Echosignale werden in einer Auswerteeinheit ausgewertet, um Schäden der Welle erkennen zu

können.

Die genannten Ansätze weisen in ihren bekannten Formen den Nachteil auf, dass entweder keine Einrichtungen zur betrieblichen Detektion von Schäden oder Fehlern eines Radsatzes vorgesehen sind oder eine betriebliche Schadensoder Fehlerdetektion nur über aufwendige Vorrichtungen und

Verfahren eine große Genauigkeit erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte, einfache und zugleich präzise Überwachungseinrichtung zur laufenden Integritätsüberwachung und -Diagnose für Radsätze anzugeben,

welche eine sichere Übertragung von Messsignalen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einer fluidischen Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher der zumindest erste Sensor dazu ausgebildet ist, Fluidmasseverluste in einem Hohlraum des Radsatzes zu

ermitteln, wobei der zumindest erste Sensor oder eine Sensor-

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Datenübertragungseinheit an einer Stirnseite des Radsatzes anordenbar ist.

Dadurch wird einerseits eine präzise Erkennung von Schäden und Fehlern des Radsatzes ermöglicht und werden andererseits Auslesevorgänge von Messergebnisdaten des ersten Sensors durch dessen Anordnung oder durch die Anordnung der SensorDatenübertragungseinheit an der Stirnseite des Radsatzes vereinfacht und in ihrer Zuverlässigkeit verbessert.

Im Vergleich mit einer umfangsseitigen Anordnung von Sensoren oder Sensor-Datenübertragungseinheiten auf Radsätzen ermöglicht die erfindungsgemäße, stirnseitige Anordnung des ersten Sensors oder der Sensor-Datenübertragungseinheit auf dem Radsatz eine im Hinblick auf eine Datenübertragung

stabilere Verbindung mit einer Auslesevorrichtung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung erhält man, wenn ein Lesegerät mit einem ersten Radsatzlagergehäuse, von dem zumindest ersten Sensor beabstandet, verbindbar ist.

Durch diese Maßnahme ist das Lesegerät einerseits in einem Nahbereich zu dem ersten Sensor angeordnet, wodurch eine kontaktlose und zugleich sichere Datenübertragung zwischen dem ersten Sensor einerseits und dem Lesegerät andererseits

bewirkt wird.

Es ist weiterhin günstig, wenn das Lesegerät als Energieversorgungseinheit für den zumindest ersten Sensor ausgebildet ist.

Dadurch kann der erste Sensor als passiver Sensor ohne eigene Energieversorgungseinrichtung ausgebildet sein. Auf Batterien, Kabel, Schleifkontakte etc. zur Versorgung des

ersten Sensors mit Elektrizität kann verzichtet werden.

Eine günstige LÄÖsung wird erzielt, wenn das Lesegerät mit einer Auswerteeinheit, welche an einem Fahrwerksrahmen eines Fahrwerks eines Schienenfahrzeugs, in einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs oder an dem Wagenkasten anordenbar ist,

verbunden ist.

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Dadurch können eine Verarbeitung der Messergebnisdaten und eine Planung von Maßnahmen (beispielsweise bei einem detektierten Schaden an einer Radsatzwelle) an Bord des

Schienenfahrzeugs, d.h. bordautonom, durchgeführt werden.

Günstig ist es Jedoch auch, wenn das Lesegerät über eine Lesegerät-Datenübertragungseinheit signalleitend mit einer Auswerteeinheit, welche in einer Infrastruktureinrichtung anordenbar ist, verbunden ist.

Durch diese Maßnahme kann eine Fernauswertung der Messergebnisdaten durchgeführt werden (beispielsweise in einem Wartungsstand oder in einer infrastrukturseitigen leit-

und/oder sicherungstechnischen Recheneinheit).

Es ist hilfreich, wenn die Auswerteeinheit eine Warnanzeige aufweist oder mit einer Warnanzeige verbindbar ist.

Durch diese Maßnahme kann Wartungspersonal oder ein Triebfahrzeugführer über einen Schaden oder einen Fehler des Radsatzes auf Grundlage einer Auswertung der

Messergebnisdaten informiert werden.

Es ist aber auch vorteilhaft, wenn die Auswerteeinheit eine Auswerte-Datenübertragungseinheit aufweist oder mit einer Auswerte-Datenübertragungseinheit verbunden ist.

Dadurch können ausgewertete Messergebnisdaten aus dem Schienenfahrzeug beispielsweise an die Infrastruktureinrichtung übertragen und dort Wartungsund/oder Instandsetzungsmaßnahmen (z.B. eine Ersatzteilbeschaffung) geplant werden.

Ist die Auswerteeinheit in der Infrastruktureinrichtung vorgesehen, so können von der LesegerätDatenübertragungseinheit übertragene Messergebnisdaten mittels der Auswerte-Datenübertragungseinheit empfangen

werden.

Um bei detektierten Schäden oder Fehlern des Radsatzes eine

Weiterfahrt zu verhindern, abzubrechen oder nur mit

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verminderter Fahrgeschwindigkeit zuzulassen, kann es günstig sein, wenn die Auswerteeinheit mit einem Bremssteuergerät des Schienenfahrzeugs verbindbar ist.

Durch diese Maßnahme kann, sofern erforderlich, auf Grundlage der ausgewerteten Messergebnisdaten eine Bremsung des

Schienenfahrzeugs ausgelöst werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung erhält man, wenn der zumindest erste Sensor oder die SensorDatenübertragungseinheit in einer Stirnseitenmitte des Radsatzes anordenbar ist.

Dadurch wird eine Relativbewegung zwischen dem ersten Sensor oder der Sensor-Datenübertragungseinheit einerseits und dem Lesegerät andererseits reduziert, wodurch eine besonders hohe Datenübertragungsqualität zwischen dem ersten Sensor

einerseits sowie dem Lesegerät anderseits bewirkt wird.

ES kann ferner hilfreich sein, wenn der zumindest erste Sensor und das Lesegerät zumindest teilweise in einem von dem ersten Radsatzlagergehäuse gebildeten Innenraum anordenbar sind.

Durch diese Maßnahme sind der erste Sensor und das Lesegerät vor Umgebungseinflüssen (Flüssigkeiten, Schnee, Eis, Partikel etc.) geschützt. Auf ein eigenes Gehäuse für den ersten Sensor und das Lesegerät kann verzichtet werden, da das erste Radsatzlagergehäuse neben seiner eigentlichen Funktion in Bezug auf ein Radsatzlager auch als Gehäuse für den ersten

Sensor und das Lesegerät fungiert.

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von

Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen beispielhaft:

Fig. 1: Eine geschnittene Darstellung eines Seitenrisses einer beispielhaften ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen fluidischen Überwachungseinrichtung für einen Radsatz eines Schienenfahrzeugs, bei welcher eine Auswerteeinheit mit einem Fahrwerksrahmen des Schienenfahrzeugs

verbunden ist,

Fig. 2: Eine geschnittene Darstellung eines Seitenrisses einer beispielhaften zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen fluidischen Überwachungseinrichtung für einen Radsatz eines Schienenfahrzeugs, bei welcher eine Auswerteeinheit in einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs

vorgesehen ist, und

Fig. 3: Ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsvariante eines fluidischen Überwachungsverfahrens für einen Radsatz eines

Schienenfahrzeugs.

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Fig. 1 zeigt einen Seitenriss einer beispielhaften ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen fluidischen Überwachungseinrichtung für einen Radsatz 1 eines Fahrwerks eines Schienenfahrzeugs.

Die Überwachungseinrichtung gemäß Fig. 1 umfasst einen Drucksensor 2 als ersten Sensor, einen Temperatursensor 3 als zweiten Sensor, ein Lesegerät 4, eine Auswerteeinheit 5 sowie verschiedene Komponenten zur Signal- und Datenübermittlung. Der Drucksensor 2 und der Temperatursensor 3 sind einem gemeinsamen Sensorgehäuse 6, aus welchem Messonden des Drucksensors 2 und des Temperatursensors 3 hervorragen, angeordnet und ragen in einen Hohlraum 7 einer Radsatzwelle 8 des Radsatzes 1 hinein.

Der Hohlraum 7 der Radsatzwelle 8 ist mit Druckluft, d.h. mit einem Fluid, gefüllt und abgedichtet.

Erfindungsgemäß ist es jedoch auch vorstellbar, dass der Drucksensor 2 und/oder der Temperatursensor 3 außen, im Bereich einer Öffnung an der Radsatzwelle 8 angeordnet sind und zur Messung von Drücken und Temperaturen Fluid aus dem Hohlraum 7 über die Öffnung in den Drucksensor 2 und/oder in

den Temperatursensor 3 einströnmt.

Der Radsatz 1 ist über ein erstes Radsatzlager 9 und ein das erste Radsatzlager 9 ummantelndes erstes Radsatzlagergehäuse 10 sowie über ein in Fig. 1 nicht gezeigtes zweites Radsatzlager und ein das zweite Radsatzlager ummantelndes, in Fig. 1 ebenfalls nicht dargestelltes zweites Radsatzlagergehäuse mit einem Fahrwerksrahmen 11 des Fahrwerks gekoppelt.

Weiterhin ist zwischen dem ersten Radsatzlagergehäuse 10 und dem Fahrwerksrahmen 11 eine erste Primärfeder 12 vorgesehen, zwischen dem zweiten Radsatzlagergehäuse und dem Fahrwerksrahmen 11 eine in Fig. 1 nicht gezeigte zweite Primärfeder.

Der Fahrwerksrahmen 11 ist über eine erste Sekundärfeder 13

und eine in Fig. 1 nicht dargestellte zweite Sekundärfeder,

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welche als Luftfedern ausgebildet sind, mit einem Wagenkasten

14 des Schienenfahrzeugs verbunden.

Das Sensorgehäuse 6 und somit der Drucksensor 2 sowie der Temperatursensor 3 sind mittig an einer Stirnseite 15, d.h. in einer Stirnseitenmitte des Radsatzes 1 angeordnet. Der Radsatz 1 und das Sensorgehäuse 6, welches einen Verbund aus dem Drucksensor 2 und dem Temperatursensor 3 ausbildet, weisen eine gemeinsame Längsachse 16 auf.

Fährt das Schienenfahrzeug, so rotiert der Radsatz 1 und führt zugleich eine Translationsbewegung aus. Das erste Radsatzlagergehäuse 10 führt bei einer Fahrt des Schienenfahrzeugs eine reine Translationsbewegung aus.

Mit dem ersten Radsatzlagergehäuse 10 ist das Lesegerät 4 verbunden.

Das Lesegerät 4 ist mit dem Sensorgehäuse 6 fluchtend angeordnet und weist mit diesem und dem Radsatz 1 die gemeinsame Längsachse 16 auf.

Zwischen dem Lesegerät 4 einerseits sowie dem Drucksensor 2 und dem Temperatursensor 3 andererseits ist ein Abstand 17 vorgesehen.

Das erste Radsatzlagergehäuse 10 bildet einen Innenraum 18 zwischen dem ersten Radsatzlager 9 und der Radsatzwelle 8 aus und ummantelt dadurch den Drucksensor 2, den Temperatursensor 3 und das Lesegerät 4. Der Drucksensor 2, der Temperatursensor 3 und das Lesegerät 4 sind teilweise in dem Innenraum 18 angeordnet und so vor Umgebungseinflüssen

geschützt.

Entweicht Druckluft, d.h. sinkt ein Luftdruck in dem Hohlraum 7, so weist dies auf einen Schaden oder einen Fehler des Radsatzes 1 hin. Ein Schaden kann beispielsweise durch einen Durchriss 19 der Radsatzwelle 8 verursacht werden, über welchen die Druckluft in eine Umgebung des Radsatzes 1 entweicht.

Ein Fehler kann beispielsweise durch gelöste

Befestigungsmittel zwischen einzelnen Radsatzwellenteilen der

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Radsatzwelle 8 ausgelöst werden. Um einen derartigen Fehler zu indizieren, ist der Hohlraum 7 über einen Fluidkanal 20 mit einer ersten Bohrung 21 einer gasdichten ersten Schraube 22 sowie mit in Fig. 1 nicht sichtbaren weiteren Bohrungen weiterer gasdichter Schrauben verbunden.

Mittels der ersten Schraube 22 und der weiteren Schrauben sind ein erstes Radsatzwellenteil 23 und ein zweites Radsatzwellenteil 24 miteinander verbunden. LöÖst sich die erste Schraube 22 und geht verloren, so entweicht Druckluft aus dem Hohlraum 7 über den Fluidkanal 20 und die erste Bohrung 21 in die Umgebung des Radsatzes 1.

Bei einem Versagen einer Mehrzahl von Schrauben oder aller Schrauben und einem dadurch klaffenden Spalt zwischen dem ersten Radsatzwellenteil 23 und dem zweiten Radsatzwellenteil

24 entweicht Druckluft insbesondere über den Spalt.

Ein Fluidmasseverlust aufgrund eines Schadens oder eines Fehlers des Radsatzes 1 wird über kontinuierliche Druckmessungen und Temperaturmessungen mittels des Drucksensors 2 und des Temperatursensors 3 detektiert.

Der Drucksensor 2, der Temperatursensor 3 und das Lesegerät 4 sind als Radio-Frequency Identification (RFID) - Geräte ausgebildet. Der Drucksensor 2 und der Temperatursensor 3 weisen einen gemeinsamen RFID-Transponder 25 auf, über welchen von dem Drucksensor 2 aufgezeichnete Druckmesssignale und von dem Temperatursensor 3 aufgezeichnete Temperaturmesssignale an das Lesegerät 4, welches die Druckmesssignale und die Temperaturmesssignale aus dem RFIDTransponder 25 aufgrund des Abstands 17 berührungslos ausliest, übertragen werden.

Der RFID-Transponder 25 fungiert als SensorDatenübertragungseinheit und ist mittig an der Stirnseite 15,

d.h. in einer Stirnseitenmitte des Radsatzes 1 angeordnet. Das Lesegerät 4 sendet hochfrequente Radiowellen aus, mittels

welchen der RFID-Transponder 25 und über diesen der

Drucksensor 2 sowie der Temperatursensor 3 mit Elektrizität

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versorgt werden. Das Lesegerät 4 fungiert demnach als Energieversorgungseinheit für den Drucksensor 2 und den

Temperatursensor 3.

Die erste Auswerteeinheit 5 ist mit dem Fahrwerksrahmen 11 verbunden. Zwischen dem Lesegerät 4 und der Auswerteeinheit 5 ist ein erstes Kabel 26 vorgesehen, über welches die ausgelesenen Druckmesssignale und Temperaturmesssignale von dem Lesegerät 4 an die Auswerteeinheit 5 übertragen werden. Weiterhin ist mittels des ersten Kabels 26 das Lesegerät 4 mit Elektrizität versorgt. Die Auswerteeinheit 5 ist wiederum über ein in Fig. 1 nicht sichtbares Stromkabel mit einem in Fig. 1 nicht gezeigten Bordnetz des Schienenfahrzeugs

verbunden und über das Bordnetz mit Elektrizität versorgt.

In der Auswerteeinheit 5 werden die Druckmesssignale und die Temperaturmesssignale ausgewertet. Aus den Druckmesssignalen werden Druckinformationen, aus den Temperaturmesssignalen Temperaturinformationen gebildet.

Eine Temperaturabhängigkeit des Luftdrucks in dem Hohlraum 7 wird mittels der Temperaturinformationen kompensiert.

Es wird auf Grundlage der temperaturkompensierten Druckinformationen geprüft, ob der Luftdruck in dem Hohlraum 7 einen ersten Druckgrenzwert unterschreitet und ob eine etwaige Abnahme des Luftdrucks einen Druckverlustratengrenzwert überschreitet.

Der aus den kontinuierlichen Druckmessungen ermittelte, temperaturkompensierte Luftdruck wird hierbei kontinuierlich mit dem ersten Druckgrenzwert verglichen.

Weiterhin wird eine aus den kontinuierlichen Druckmessungen und Temperaturmessungen ermittelte Druckverlustrate

kontinuierlich mit dem Druckverlustratengrenzwert verglichen.

Überschreitet der Luftdruck den ersten Druckgrenzwert und überschreitet die Druckverlustrate den Druckverlustratengrenzwert, so wird in der Auswerteeinheit 5

eine erste Warninformation und aus der ersten Warninformation

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ein erstes Warnsignal gebildet. Das erste Warnsignal wird über ein zweites Kabel 27 zwischen der Auswerteeinheit 5 und einer Warnanzeige 29 in einem in Fig. 1 nicht dargestellten Führerstand in dem Wagenkasten 14 an die Warnanzeige 29 übermittelt. Auf der Warnanzeige 29 werden entsprechend dem ersten Warnsignal ein gelbes Warnsymbol und eine erste

Warnnachricht dargestellt.

Wird eine Unterschreitung des ersten Druckgrenzwerts durch den Luftdruck festgestellt, so wird in der Auswerteeinheit 5, unabhängig von einer Bewertung der Druckverlustrate, eine zweite Warninformation und aus der zweiten Warninformation ein zweites Warnsignal gebildet. Das zweite Warnsignal wird über das zweite Kabel 27 an die Warnanzeige 29 übermittelt. Auf der Warnanzeige 29 werden entsprechend dem zweiten Warnsignal ein rotes Warnsymbol und eine zweite Warnnachricht dargestellt. Weiterhin wird bei Feststellung der Unterschreitung des ersten Druckgrenzwerts durch den Luftdruck in der Auswerteeinheit 5 ein Bremssignal gebildet und über ein drittes Kabel 28 zwischen der Auswerteeinheit 5 und einem Bremssteuergerät 30 des Schienenfahrzeugs in dem Wagenkasten 14 an das Bremssteuergerät 30 übertragen.

Auf Grundlage des Bremssignals wird mittels des Bremssteuergeräts 30 eine Bremsung des Schienenfahrzeugs

ausgelöst und durchgeführt.

Das erste Warnsignal bzw. das zweite Warnsignal wird von der Auswerteeinheit 5 über eine Auswerte-Datenübertragungseinheit der Auswerteeinheit 5 mit einer ersten Antenne 31 mittels Funks an einen Wartungsstand 33 außerhalb des Schienenfahrzeugs gesendet, wobei in dem Wartungsstand 33 eine Planung von Wartungsmaßnahmen (z.B. eine Planung einer Ersatzteilbeschaffung) durchgeführt wird. Der Wartungsstand 33 weist zum Empfang des ersten Warnsignals bzw. des zweiten Warnsignals eine zweite Antenne 32 auf.

Erfindungsgemäß ist es auch vorstellbar, dass die Auswerte-

Datenübertragungseinheit ÄÖrtlich von der Auswerteeinheit 5

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getrennt, aber signalleitend mit dieser verbunden ist. So kann die Auswerte-Datenübertragungseinheit beispielsweise auf

einem Dach des Wagenkastens 14 vorgesehen sein.

Die Druckmessungen, die Temperaturmessungen, in Fig. 3 dargestellte Auslesevorgänge 34 durch das Lesegerät 4 sowie ebenfalls in Fig. 3 gezeigte erste Datenübertragungen 35 von dem Lesegerät 4 an die Auswerteeinheit 5 werden mit einer definierten Frequenz von 10 Hz durchgeführt.

Eine Bildung von Warnsignalen und Bremssignalen sowie deren Übermittlung an die Warnanzeige 29, das Bremssteuergerät 30 und den Wartungsstand 33 werden nach Bedarf durchgeführt. Erfindungsgemäß ist es möglich, die Bildung und Übermittlung der Warnsignale und der Bremssignale mit einer definierten

Frequenz zu wiederholen.

Erfindungsgemäß ist es auch denkbar, dass die Warnanzeige 29 nicht in dem Führerstand, sondern unmittelbar in oder auf der Auswerteeinheit 5 vorgesehen ist.

Weiterhin ist es vorstellbar, dass ein zweiter Druckgrenzwert oder weitere Druckgrenzwerte definiert sind, welche betragsmäßig größer als der erste Druckgrenzwert sind und bei deren Unterschreitung kein Bremssignal, sondern lediglich ein Warnsignal gebildet wird. Während eine Unterschreitung des ersten Druckgrenzwerts durch den Luftdruck auf einen Schaden (z.B. den Durchriss 19 oder ein Aufklaffen der Radsatzwelle 8 aufgrund eines Versagens sämtlicher Befestigungsmittel zwischen dem ersten Radsatzwellenteil 23 und dem zweiten Radsatzwellenteil 24) hinweist, zeigt eine Unterschreitung des zweiten Druckgrenzwerts bzw. der weiteren Druckgrenzwerte einen Fehler (z.B. einen Verlust der ersten Schraube 22 bei ansonsten intakter Verbindung zwischen dem ersten Radsatzwellenteil 23 und dem zweiten Radsatzwellenteil 24) an, welcher keine sofortigen Maßnahmen (wie z.B. eine in Fig. 3 gezeigte Bremsauslösung 37 des Schienenfahrzeugs)

erfordert.

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Erfindungsgemäß ist es ferner möglich, dass der Hohlraum 7 nicht mit Druckluft, sondern mit einem anderen Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt ist. Für eine Befüllung des Hohlraums 7 zur fluidischen Überwachung sind verschiedene Fluide denkbar. Darüber hinaus ist es denkbar, statt des Drucksensors 2 und des Temperatursensors 3 andere Sensoren zur Ermittlung von Fluidmasseverlusten einzusetzen, beispielsweise zumindest ein Dichtemessgerät oder/und zumindest ein Anemometer etc. Es ist auch möglich, das Dichtemessgerät oder/und das Anemometer etc. zusätzlich zu dem Drucksensor 2 und dem Temperatursensor

3 einzusetzen.

In Fig. 2 ist ein Seitenriss einer beispielhaften zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen fluidischen Überwachungseinrichtung für einen Radsatz 1 eines Fahrwerks eines Schienenfahrzeugs dargestellt.

Die Überwachungseinrichtung gemäß Fig. 2 ist konstruktiv und funktionell ähnlich wie jene beispielhafte erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen fluidischen Überwachungseinrichtung ausgeführt, welche in Fig. 1 gezeigt ist.

Es werden daher in Fig. 2 teilweise gleiche Bezugszeichen wie

in Fig. 1 verwendet.

Im Unterschied zu Fig. 1 weist die Überwachungseinrichtung von Fig. 2 eine Auswerteeinheit 5 auf, welche in einem Wagenkasten 14 des Schienenfahrzeugs angeordnet ist.

Zwischen einem mit einem ersten Radsatzlagergehäuse 10 des Fahrwerks verbundenen Lesegerät 4 der Überwachungseinrichtung einerseits und der Auswerteeinheit 5 andererseits ist ein erstes Kabel 26 vorgesehen, welches durch einen Fahrwerksrahmen 11 des Fahrwerks hindurchgeführt ist.

In dem Wagenkasten 14 sind weiterhin eine Warnanzeige 29 sowie ein Bremssteuergerät 30 des Schienenfahrzeugs

angeordnet.

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Zwischen der Auswerteeinheit 5 und der Warnanzeige 29 ist ein zweites Kabel 27 vorgesehen, zwischen der Auswerteeinheit 5

und dem Bremssteuergerät 30 ein drittes Kabel 28.

Erfindungsgemäß ist es auch denkbar, dass die Auswerteeinheit 5 nicht in dem Wagenkasten 14, sondern an dem Wagenkasten 14 (beispielsweise in einem Container unterhalb oder auf einem Dach des Wagenkastens 14) angeordnet ist.

Weiterhin ist es vorstellbar, dass die Auswerteeinheit 5 in einem Wartungsstand 33, d.h. in einer Infrastruktureinrichtung, vorgesehen ist und mittels einer als Antenne ausgeführten Lesegerät-Datenübertragungseinheit 42 Messergebnisdaten von dem Lesegerät 4 an die Auswerteeinheit 5 in dem Wartungsstand 33 übertragen und dort

fernausgewertet werden.

Fig. 3 offenbart ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsvariante eines fluidischen Überwachungsverfahrens für einen beispielsweise in Fig. 1 und in Fig. 2 gezeigten Radsatz 1 eines Schienenfahrzeugs.

Das Überwachungsverfahren gemäß Fig. 3 wird mittels einer fluidischen Überwachungseinrichtung gemäß Fig. 1

durchgeführt.

Mittels eines als Drucksensor 2 ausgebildeten ersten Sensors und eines als Temperatursensor 3 ausgeführten zweiten Sensors, welche Komponenten der Überwachungseinrichtung sind, werden kontinuierlich Drücke und Temperaturen eines Fluids (Druckluft) in einem Hohlraum 7 des Radsatzes 1 gemessen und Druckmesssignale sowie Temperaturmesssignale aufgezeichnet (Messvorgänge 38). Die Messvorgänge 38 werden während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs durchgeführt, können jedoch auch

in Stillstandphasen des Schienenfahrzeugs vorgenommen werden. Die Druckmesssignale und Temperaturmesssignale werden

kontinuierlich und berührungslos mittels eines Lesegeräts 4

der Überwachungseinrichtung ausgelesen (Auslesevorgänge 34).

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Von dem Lesegerät 4 werden die Druckmesssignale und Temperaturmesssignale über ein erstes Kabel 26 der Überwachungseinrichtung kontinuierlich an eine Auswerteeinheit 5 der Überwachungseinrichtung übermittelt

(erste Datenübertragung 35).

Wie auch im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, werden auf Grundlage der Druckmesssignale und der Temperaturmesssignale Fluidaustritte aus dem Hohlraum 7, d.h. Fluidmasseverluste in dem Hohlraum 7 des Radsatzes 1, und auf Grundlage der Fluidaustritte etwaige Schäden oder Fehler des Radsatzes 1 detektiert (Detektion 39).

Auf Grundlage der Temperaturmesssignale werden zunächst Temperaturabhängigkeiten der Drücke kompensiert (Kompensation 40). Hierzu ist ein funktionaler Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur nach dem Gesetz von Amontons mit einer Referenztemperatur in einer Datenbank der Auswerteeinheit 5 gespeichert. In den funktionalen Zusammenhang werden die gemessenen Drücke und die gemessenen Temperaturen eingesetzt und mit der Referenztemperatur temperaturkompensierte Drücke ermittelt.

Die Detektion 39 wird anschließend mit den temperaturkompensierten Drücken durchgeführt.

Wird ein Schaden oder ein Fehler detektiert, so werden im Verfahrensschritt der Detektion 39, wie ebenfalls im Zusammenhang mit Fig. 1 offenbart, Warnsignale und

gegebenenfalls Bremssignale gebildet.

Die Warnsignale werden über ein zweites Kabel 27 der Überwachungseinrichtung an eine in Fig. 1 gezeigte Warnanzeige 29 des Schienenfahrzeugs sowie über eine funkbasierende Datenübertragungseinheit der Überwachungseinrichtung an einen ebenfalls in Fig. 1 dargestellten Wartungsstand 33 außerhalb des Schienenfahrzeugs übertragen, die Bremssignale werden über

ein drittes Kabel 28 der Überwachungseinrichtung an ein in

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Fig. 1 gezeigtes Bremssteuergerät 30 des Schienenfahrzeugs

übertragen (zweite Datenübertragung 36).

Die Warnsignale werden, wie auch im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, als Warnsymbole und Warnnachrichten auf der

Warnanzeige 29 angezeigt (Anzeigevorgang 41)

Mittels der Bremssignale werden Bremsungen des Schienenfahrzeugs ausgelöst (Bremsauslösung 37). Erfindungsgemäß ist es jedoch auch denkbar, dass Bremsungen nicht über Bremssignale an das Bremssteuergerät 30, sondern mittels direkten Zugriffs von der Auswerteeinheit 5 auf eine

Hauptluftleitung des Schienenfahrzeugs ausgelöst werden.

Die Messvorgänge 38, die Auslesevorgänge 34, die erste Datenübertragung 35 und eine Prüfung auf etwaige Schäden und Fehler des Radsatzes 1 im Verfahrensschritt der Detektion 39 werden zyklisch durchgeführt.

Werden im Zusammenhang mit der Detektion 39 Warnsignale und Bremssignale gebildet und übertragen, so wird in jedem Verfahrensdurchgang mittels der Detektion 39 geprüft, ob entsprechende Voraussetzungen für die Warnsignale und die Bremssignale noch erfüllt sind. Dementsprechend werden beispielsweise aktive Warnungen und Bremsbefehle aktualisiert (z.B. die Warnungen verschärft und eine größere

Bremsverzögerung befohlen).

Erfindungsgemäß ist es auch vorstellbar, dass zur Ermittlung von Fluidmasseverlusten und zur Detektion 39 von Schäden oder Fehlern des Radsatzes 1 nicht oder nicht nur Druck- und Temperaturmessungen durchgeführt werden, sondern oder sondern auch Dichtemessungen oder/und Messungen von Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Massenströmen etc. des Fluids

in dem Hohlraum 7.

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Liste der Bezeichnungen

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Radsatz

Drucksensor Temperatursensor Lesegerät Auswerteeinheit Sensorgehäuse Hohlraum Radsatzwelle

Erstes Radsatzlager Erstes Radsatzlagergehäuse Fahrwerksrahmen Erste Primärfeder Erste Sekundärfeder Wagenkasten Stirnseite Längsachse

Abstand

Innenraum

Durchriss Fluidkanal

Erste Bohrung

Erste Schraube Erstes Radsatzwellenteil Zweites Radsatzwellenteil RFID-Transponder Erstes Kabel Zweites Kabel Drittes Kabel Warnanzeige Bremssteuergerät Erste Antenne Zweite Antenne Wartungsstand Auslesevorgang

Erste Datenübertragung

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36 Zweite Datenübertragung 37 Bremsauslösung

38 Messvorgang

39 Detektion

40 Kompensation

41 Anzeigevorgang

42 Lesegerät-Datenübertragungseinheit

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Claims (17)

15 20 25 30 35 202009059 Patentansprüche

1. Fluidische Überwachungseinrichtung für Radsätze von Schienenfahrzeugen mit zumindest einem ersten Sensor, welcher mit einem Radsatz verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest erste Sensor dazu ausgebildet ist, Fluidmasseverluste in einem Hohlraum (7) des Radsatzes (1) zu ermitteln, wobei der zumindest erste Sensor oder eine SensorDatenübertragungseinheit an einer Stirnseite (15) des

Radsatzes (1) anordenbar ist.

2. Fluidische Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lesegerät (4) mit einem ersten Radsatzlagergehäuse (10), von dem zumindest ersten

Sensor beabstandet, verbindbar ist.

3. Fluidische Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät (4) als Energieversorgungseinheit für den zumindest ersten Sensor

ausgebildet ist.

4. Fluidische Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät (4) mit einer Auswerteeinheit (5), welche an einem Fahrwerksrahmen (11) eines Fahrwerks eines Schienenfahrzeugs, in einem Wagenkasten (14) des Schienenfahrzeugs oder an dem Wagenkasten (14)

anordenbar ist, verbunden ist.

5. Fluidische Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät (4) über eine Lesegerät-Datenübertragungseinheit (42) signalleitend mit einer Auswerteeinheit (5), welche in einer

Infrastruktureinrichtung anordenbar ist, verbunden ist.

6. Fluidische Überwachungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (5) eine

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Warnanzeige (29) aufweist oder mit einer Warnanzeige (29)

verbindbar ist.

7. Fluidische Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (5) eine Auswerte-Datenübertragungseinheit aufweist oder mit einer Auswerte-Datenübertragungseinheit

verbunden ist.

8. Fluidische Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (5) mit einem Bremssteuergerät (30) des

Schienenfahrzeugs verbindbar ist.

9. Fluidische Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest erste Sensor oder die Sensor-Datenübertragungseinheit in

einer Stirnseitenmitte des Radsatzes (1) anordenbar ist.

10. Fluidische Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest erste Sensor und das Lesegerät (4) zumindest teilweise in einem von dem ersten Radsatzlagergehäuse (10) gebildeten

Innenraum (18) anordenbar sind.

11. Schienenfahrzeug mit einer fluidischen

Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Fluidisches Überwachungsverfahren für Radsätze von Schienenfahrzeugen, welches mittels einer fluidischen Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Messungen zur Ermittlung von Fluidmasseverlusten in dem Hohlraum (7) des Radsatzes (1) während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs mittels des zumindest ersten Sensors durchgeführt werden, entsprechende Messsignale mittels des Lesegeräts (4)

berührungslos ausgelesen werden und an die Auswerteeinheit

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(5) übermittelt werden, wobei auf Grundlage der Messsignale Fluidaustritte aus dem Radsatz (1) und auf Grundlage der Fluidaustritte Schäden oder Fehler des Radsatzes (1)

detektiert werden.

13. Fluidisches Überwachungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Druckmessungen und Temperaturmessungen durchgeführt werden und auf Grundlage von Temperaturmesssignalen Temperaturabhängigkeiten von

gemessenen Drücken kompensiert werden.

14. Fluidisches Überwachungsverfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei detektierten Schäden oder Fehlern des Radsatzes (1) Warnsignale gebildet und auf

der Warnanzeige (29) angezeigt werden.

15. Fluidisches Überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei detektierten Schäden oder Fehlern des Radsatzes (1) Wartungssignale gebildet und an zumindest einen Wartungsstand (33) übermittelt werden.

16. Fluidisches Überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei detektierten Schäden oder Fehlern des Radsatzes (1)

Bremssignale gebildet und an das Bremssteuergerät (30)

übermittelt werden.

17. Fluidisches Überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei detektierten Schäden oder Fehlern des Radsatzes (1)

Bremsungen des Schienenfahrzeugs ausgelöst werden.

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