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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Heißläufer- und
Festbremsortung bei Eisenbahnen, mit einem als Hohlschwelle ausgebildeten
Gehäuse,
mit einer Datenverarbeitungseinrichtung, die über mindestens eine Messdatenleitung mit
einer Sensorik zur Temperaturerfassung verbunden ist, und mit mindestens
einer Datenübertragungsverbindung
zur Ausgabe von Daten aus der Datenverarbeitungseinrichtung.
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Derartige
Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik beispielsweise als „Fahrwerküberwachungssysteme" aus der
DE 42 38 151 A1 oder
DE 28 38 224 A1 bekannt
und üblicherweise
in einem als Hohlschwelle ausgestalteten Gehäuse untergebracht. Die Hohlschwellen
mit den Fahrwerküberwachungssystemen
sind in bestimmten Abständen
auf den Eisenbahnstrecken stationär installiert und überwachen
die Räder,
Lager, Bremsen und Achsen der vorbeifahrenden Züge. Über eine Sensorik wird die Temperatur
der Räder,
Bremsen und Achsen der vorbeifahrenden Züge erfasst und ausgewertet.
Um die Temperaturmessung jeweils der richtigen Achse des vorbeifahrenden
Zuges zuordnen zu können,
erfasst die Vorrichtung auch ein oder mehrere Zuganwesenheitssignale,
durch welche während
der Messung die relative Position des Zuges zur Sensorik erfassbar ist.
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Das
Zuganwesenheitssignal und die Temperaturmesssignale werden dann
nach außerhalb
der Hohlschwelle zu einer Standortelektronik geleitet, wo sie in
einem ersten Signalverarbeitungsschritt ausgewertet und in einem
zweiten Signalverarbeitungsschritt für einen Benutzer meist graphisch
dargestellt werden.
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Problematisch
ist bei den herkömmlichen Fahrwerküberwachungssystemen,
dass sie nur sehr schwer zugänglich
sind: Bei tags und nachts stark befahrenen Strecken stehen nur wenige
Zeiträume zwischen
Zugfahrten zur Verfügung,
zu denen das Fahrwerküberwachungssystem
gewartet oder repariert werden kann. Besonders schwierig ist die
Wartung und Reparatur bei Fahrwerküberwachungssystem für Hochgeschwindigkeitsstrecken,
da diese nur unter besonderen Sicherheitsvorkehrungen und nur zu
bestimmten Zeiten über
kurze Zeit zugänglich sind.
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Nachteilig
bei den herkömmlichen
Fahrwerküberwachungssystemen
sind die hohen Materialkosten und die Fehleranfälligkeit des Systems.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das herkömmliche
Fahrwerküberwachungssystem
dahingehend zu verbessern, dass die Materialkosten verringert und
die Fehleranfälligkeit
des Systems verbessert werden.
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Diese
Aufgabe wird für
die eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die Datenverarbeitungseinrichtung innerhalb der Hohlschwelle angeordnet
ist.
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Diese
Lösung
ist konstruktiv einfach. Die Materialkosten des erfindungsgemäßen Systems
liegen deutlich unter den Materialkosten der herkömmlichen Systeme.
Wegen der Datenreduktion durch die innerhalb der Schwelle angeordnete
Datenverarbeitungseinrichtung ist es erfindungsgemäß nunmehr
möglich,
die Daten zur Endauswertung und Darstellung an die Standortelektronik über die
Datenübertragungsverbindung
mit einer verringerten Datenrate auszugeben. Damit ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Materialaufwand für
die Datenübertragungsleitungen
wesentlich geringer als im Stand der Technik. Eine aufwändige Datenübertragung
in Form von teuren Datenleitungen ist nur noch zwischen der Sensorik
und der Datenverarbeitungseinrichtung nötig. Diese Datenübertragung
findet erfindungsgemäß nur noch
innerhalb der Hohlschwelle statt.
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Die
Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist erhöht, da die
Hohlschwelle als Abschirmung und Schutz für die Datenverarbeitungsleitungen
dient. Durch die verkürzten Übertragungswege
ist die Gefahr von Fehlern bei der Datenübertragung verringert.
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Die
Datenübertragungsverbindung
kann eine bestimmte Anzahl von Datenübertragungsleitungen in Kabelform,
als Lichtwellenleiter oder als elektrischer Leiter oder auch als
Funkübertragungsstrecken
umfassen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Datenverarbeitungseinrichtung
ein Datenreduktionsmodul aufweisen, durch das die Datenrate in der
Datenübertragungsverbindung
gegenüber der
Summe der Datenraten zumindest einer Teilmenge der Messdatenleitungen
verringert ist. Mit dieser Maßnahme
läßt sich
die hohe Datenrate der Messdaten, gemessen beispielsweise in Kilobyte
pro Sekunde, verringern, so dass die Weitergabe der Daten nach außerhalb
der Schwelle weniger Aufwand erfordert.
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Zur
Verringerung der Datenrate gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten.
Beispielsweise kann das Signal von der Datenverarbeitungseinrichtung
nur dann ausgegeben werden, wenn ein bestimmter Zustand, beispielsweise
ein von der Datenverarbeitungseinrichtung ausgewerteter Datensatz,
vorliegt. In den Zeiten, in denen dieser Zustand nicht vorliegt, werden
keine Daten von der Datenverarbeitungseinrichtung ausgegeben. Da
die Datenrate der Ausgangsleitung kleiner als die Messdatenrate
ist, findet bei keine Echtzeit-Datenübertragung
mehr statt und die Daten müssen
zwischengepuffert werden. Die Datenvorverarbeitung macht eine Echtzeitübertragung
der Messdaten überflüssig, so
dass die Datenübertragung
mit einem gesicherten Protokoll und bidirektional erfolgen kann.
Bei einer Störung
der Datenübertragung,
beispielsweise durch starke Magnetfelder, können die Daten erneut gesendet
werden. Ein weiterer Vorteil einer bidirektionalen Leitung liegt darin,
dass gleichzeitig Messdaten von der Datenverarbeitungseinrichtung
an die Standortelektronik außerhalb
der Hohlschwelle und Befehlssignale von der Standortelektronik an
die Datenverarbeitungseinrichtung gesendet werden können.
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Alle
zeitkritischen Daten, die mit hoher zeitlicher Auflösung, also
einer hohen Datenrate und zeitsynchron erfasst werden, werden erfindungsgemäß bereits
in der Hohlschwelle durch die Datenverarbeitungseinrichtung verarbeitet.
Durch diesen vorgelagerten Verabreitungsschritt in der Hohlschwelle
müssen
die Daten daher nicht mehr in Echtzeit nach außerhalb der Hohlschwelle übertragen
werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu dieser Art der Datenübertragung
können
die hereinkommenden Messdaten auch in Echtzeit über Kompressionsalgorithmen
komprimiert werden. Eine solche Datenkompression ist verlustfrei
oder aber mit Datenverlusten durchführbar.
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Die
von der Datenverarbeitungseinrichtung ausgegebenen Daten werden
in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung an eine Standortelektronik ausgegeben,
die außerhalb
der Hohlschwelle, meist in einigen Metern Entfernung von der Hohlschwelle angeordnet
ist.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Vorrichtung zur Festbrems-
und Heissläuferortung
einen Zuganwesenheitsmelder aufweisen, durch den beim Passieren
eines Zuges an der Vorrichtung ein Zuganwesenheitssignal ausgebbar
ist. Der Zuganwesenheitsmelder kann mit einer Datenleitung mit der
Datenverarbeitungseinrichtung verbunden sein. Durch das Zuganwesenheitssignal
kann die Datenverarbeitungseinrichtung auf einfache Weise bestimmen,
wann eine Messung durchzuführen
ist.
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Der
Zuganwesenheitsmelder kann so ausgestaltet sein, dass sich aus dem
Zuganwesenheitssignal das Vorbeifahren einer jeden Achse herauslesen lässt. Als
Zuganwesenheits melder kommen induktive, kapazitive, optische, magnetische
oder akustische Sensoren in Betracht, die berührungsfrei oder nicht berührungsfrei
messen. Der Zuganwesenheitsschalter kann in unmittelbarer Nähe einer
Schiene angeordnet sein.
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Zur
Messung der Temperatur der Achsköpfe und/oder
der Bremsen kann die Vorrichtung in einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung zumindest einen Infrarotmesskopf als Sensorikelement
aufweisen. Die Anzahl der in der Vorrichtung verwendeten Sensorikelemente
richtet sich nach der Anzahl der Stellen einer Achse, an denen die
Temperatur zu messen ist. Beispielsweise können zwei Infrarotmessköpfe vorgesehen
sein, wenn beide Lager einer Achse gemessen werden sollen. Je nach
Ausrichtung der Messköpfe
können
dabei sowohl außenliegende
als auch innenliegende Lager erfasst werden. Gerade bei innenliegenden
Lagern ist die Ausgestaltung als Hohlschwelle von Vorteil, da ohne
großen Aufwand
der Messkopf auf den Achsraum zwischen den Rädern gerichtet werden kann.
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In
einer maximalen Ausstattung der Vorrichtung zur Heißläufer- und
Festbremsortung sind vier Messköpfe
vorgesehen, die je nach Ausrichtung der Messköpfe bzw. Ausführung der
zu vermessenden Züge
die beiden Lager und die beiden Bremsen und/oder Räder, oder
aber die vier Lager einer Achse vermessen. Durch die Datenverarbeitungseinrichtung
innerhalb der Hohlschwelle können
auch verschiedene Steueraufgaben ausgeführt werden, so dass sie auch
als Steuerelement fungiert. Diese Steuerungsfunktionen sind weiter
unten beschrieben.
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Ein
einfacher konstruktiver Aufbau der Vorrichtung lässt sich dann erreichen, wenn
die Sensorik in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ein Spiegelsystem
umfasst, durch das die Infrarotstrahlung von einer Bremse oder Achse
zum Infrarotmesskopf umgelenkt ist. Aufgrund der Umlenkung der auf den
Infrarotmesskopf fallenden Infrarotstrahlen durch das Spiegelsystem
lässt sich
die Lage des Infrarotkopfes in der Hohlschwelle leicht bestimmen.
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Zur
Reinigung der Spiegel kann ein Motor vorgesehen sein, der den Spiegel
in seiner Ebene dreht, so dass durch die Zentrifugalbeschleunigung der
Schmutz auf dem Spiegel entfernt wird. In vorteilhafter Weise wird
dieser Motor von der Datenverarbeitungseinrichtung gesteuert.
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Um
zu verhindern, dass zu den Zeiten, in denen keine Messungen durchgeführt werden, Schmutz
durch den Strahlengang der Infrarotstrahlen in die Hohlschwelle
fällt und
die Infra rotmessköpfe und
die Spiegel verschmutzt, kann eine Verschluss- oder Abdeckeinrichtung
vorgesehen sein, durch welche die Öffnung des Strahlengangs wiederholt
geöffnet
und geschlossen bzw. abgedeckt werden kann. Hierzu kann die Verschlusseinrichtung
eine mit der Datenverarbeitungseinrichtung verbundene Betätigungseinrichtung
aufweisen, durch die eine Strahlengangabdeckung betätigt ist.
Somit kann auch die Strahlengangabdeckung von der Datenverarbeitungseinrichtung
betätigt
werden.
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Um
im Winter den Schnee über
der Strahlengangabdeckung wegzuschmelzen oder eine Vereisung der
Strahlengangabdeckung zu verhindern, kann Verschlusseinrichtung
mindestens ein vorzugsweise durch die Datenverarbeitungseinrichtung
betätigbares
Heizelement aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung sind auch die Heizfunktionen
und deren Steuerung vorteilhaft in der Datenverarbeitungseinrichtung
integriert.
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Die
Datenverarbeitungseinrichtung kann weiter auch ein Temperatursteuerungsmodul
aufweisen. Mit diesem Temperatursteuerungsmodul kann die Temperatur
in bestimmten Bereichen der Vorrichtung oder die Temperatur von
temperaturempfindlichen Komponenten innerhalb eines Betriebsbereiches
gehalten werden. Beispielsweise kann die Temperatur der Datenverarbeitungseinrichtung
selber, die Temperatur von Sensorikelementen, oder die Temperatur
der Verschlusseinrichtung gesteuert werden.
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Um
den Messdatenverlauf den einzelnen Achsen eines vorbeifahrenden
Zuges exakt zuordnen zu können,
wird von der Datenverarbeitungseinrichtung in einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung ein Synchronisationssignal (oder mehrere Synchronisationssignale)
ausgewertet. Dieses Synchronisationssignal wird beispielsweise von
einem Zuganwesenheitsmelder erzeugt, der die Passage einzelner Achsen
registriert und als Synchronisationsgeber dient. Dieses Synchronisationssignal
kann bei dieser Ausgestaltung von der Datenverarbeitungseinrichtung
empfangen werden.
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Falls
der Synchronisationsgeber nicht direkt an der Sensorik sitzt, kann
die Datenverarbeitungseinrichtung auch die Zeitverzögerung zwischen Messdaten
und Synchronisationssignal berechnen, indem die Geschwindigkeit
des vorbeifahrenden Zuges berechnet wird.
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Um
die Auswertung und die Signalübertragung
zu erleichtern, wird das mindestens eine Synchronisationssignal
mit den Messdaten innerhalb der Hohlschwelle kombiniert und so das
Ausgangssignal gebildet. Durch diese Kombination des Messdaten- mit
dem Synchro nisationssignal ist keine Echtzeitübertragung mehr notwendig,
da die Zuordnung der Messdaten zum Synchronisationssignal im kombinierten
Signal enthalten ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Ausgangssignal
nur dann erzeugt, nachdem die Zuganwesenheitsmelder durch eine Zustandsänderung
die Anwesenheit eines Zuges signalisiert haben. Auf diese Weise
wird die Rechenkapazität
der Datenverarbeitungseinrichtung nicht zu stark beansprucht.
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Um
die Datenrate zu senken, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
das Ausgangssignal durch die Datenverarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit
vom Zustand der Zuganwesenheitsmelder ausgesandt werden. Eine Datenübertragung nach
außerhalb
der Hohlschwelle findet bei dieser Ausgestaltung nur dann statt,
wenn eine Messung stattgefunden hat.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren
gelöst,
das folgende Schritte erfasst: Empfangen von Messdaten von einer
Sensorik zur Temperaturmessung durch eine Datenverarbeitungseinrichtung
innerhalb einer Hohlschwelle; Erzeugen eines Ausgabesignals in Abhängigkeit
von den Messdaten durch die Datenverarbeitungseinrichtung, Reduzieren
der Datenrate der Messdaten von der Sensorik durch die Datenverarbeitungsanlage;
Aussenden des Ausgabesignals mit einer verringerten Datenrate gegenüber den
Messdaten über
eine Datenübertragungsverbindung
nach außerhalb
der Hohlschwelle.
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Im
folgenden werden der Aufbau und die Funktion der Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die Zeichnungen genauer beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Übersicht
der Komponenten eines erfindungsgemäßen Fahrwerküberwachungssystems;
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2 den
schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung;
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3 den
schematischen Aufbau einer Datenverarbeitungseinrichtung, wie sie
bei dem Ausführungsbeispiel
verwendet wird.
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Zunächst wird
der Gesamtaufbau eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Fahrwerküberwachungssystems
anhand der 1 beschrieben.
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1 zeigt
einen Schienenweg 1, der in bestimmten Abständen mit
jeweils einer Hohlschwelle 2 ausgestattet ist. Die Hohlschwelle 2 ist
vorzugsweise aus einem dielektrischen Metall gefertigt und dient beim
Ausführungsbeispiel
der 1 als Gehäuse
zur Aufnahme von Komponenten des Fahrwerküberwachungssystems. Somit wirkt
die Hohlschwelle 2 als Käfig, der die darin untergebrachten
Komponenten wirksam elektromagnetisch abschirmt. Diese Komponenten
umfassen Zuganwesenheitsmelder 3, die Sensorik 4 zur
berührungslosen
Temperaturerfassung sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung 5.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 1 sind drei Zuganwesenheitsmelder 3 in
Fahrtrichtung F des Zuges voneinander beabstandet vorgesehen. Der
Abstand zwischen den einzelnen Zuganwesenheitsmeldern 3 einerseits
und zwischen den Zuganwesenheitsmeldern und der Hohlschwelle 2 andererseits
hängt dabei
von der erlaubten oder durchschnittlichen Geschwindigkeit der Züge auf dem Streckenabschnitt
ab, an dem die Hohlschwelle 2 angebracht ist. Da die Zuganwesenheitsmelder
leicht zu versetzen sind, kann das Fahrwerküberwachungssystem einfach an
eine Änderung
der erlaubten oder durchschnittlichen Geschwindigkeit der Züge auf dem
Streckenabschnitt angepasst werden.
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Die
Zuganwesenheitsmelder 3 sind über Datenleitungen 6a,
die Sensorik 4 ist über
Messdatenleitungen 6b (vgl. 3) mit der
Datenverarbeitungseinrichtung 5 verbunden. Beim Ausführungsbeispiel der 1 sind
die Datenleitungen 6a analoge Datenleitungen, die Messdatenleitungen 6b von
der Sensorik 4 zur Datenverarbeitungseinrichtung 5 sind beim
Ausführungsbeispiel
der 1 Lichtwellenleiter. Als Datenleitungen können grundsätzlich Lichtwellenleiter
oder analoge oder digitale Signalleitungen verwendet werden. Um
die gewöhnlicherweise analogen
Signale von der Sensorik 4 zu digitalisieren, können zwischen
der Sensorik 4 und der Datenverarbeitungseinrichtung 5 analog-digital
Konverter angeordnet sein.
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In
einer bestimmten Entfernung vom Schienenweg, die nur wenige Meter,
aber auch mehrere Kilometer betragen kann, befindet sich eine Standortelektronik 7.
Die Standortelektronik 7 ist über eine Datenübertragungsverbindung 8 mit
der Datenverarbeitungseinrichtung 5 innerhalb der Hohlschwelle 2 verbunden.
Die Datenübertragungsverbindung 8 kann
in Form eines Kabels, beispielsweise eines Lichtwellenleiters oder
eines elektrischen Kabels, oder aber auch in Form eines Funkübertragungsweges
ausgestaltet sein. Im Ausführungsbeispiel
der 1 ist die Datenübertragungsverbindung 8 in Form
eines Ethernet-Kabels ausgeführt.
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Die
Standortelektronik 7 ist über eine weitere Datenverbindung 9 mit
einer Zentrale 10 verbunden, in der die Ergebnisse einer
Messung durch das Fahrwerküberwachungssystem
dem Betriebspersonal dargestellt werden.
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2 zeigt
den Aufbau der Hohlschwelle 2 des Fahrwerküberwachungssystems.
Das Ausführungsbeispiel
in der 2 ist in einem Zustand gezeigt, in dem eine Achse
eines Zuges über
die Vorrichtung fährt
und eine Messung durchgeführt
wird.
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Die
Sensorik 4 besteht aus Infrarotmessköpfen 20, durch welche
die Temperatur eines Körpers berührungslos über größere Distanzen
erfassbar sind. Anstelle von Infrarotköpfen können auch andere berührungslos
messende Vorrichtung verwendet werden. Jeder Infrarotmesskopf 20 weist
vier Sensoren auf, durch die der flächige Messbereich eines Infrarotmesskopfes 20 bestimmt
ist. Jeder Sensor misst die Infrarotstrahlung bestimmter Wellenlängen in
einem eigenen Sektor 21. Die Sektoren 21 sind
so ausgerichtet, dass sie auf die Lager A und/oder die Räder oder
Bremsen B eines vorbeifahrenden Zuges gerichtet sind.
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Bei
der Ausrichtung der Sektoren 21 sind Unterschiede im Aufbau
der einzelnen Züge
berücksichtigt,
um nicht die Anwendbarkeit der Vorrichtung nur auf wenige Zugmodelle
zu beschränken.
Dies ist schematisch auf der linken Seite der 2 dargestellt,
wo zwei Lager verschiedener Baureihen angedeutet sind, die von den
Sektoren 21 noch sicher erfasst werden, obwohl sie in verschiedenen
Höhen über den
Schienen angeordnet sind und verschiedene Bauelemente des Fahrwerks
Teile des Messbereichs des Infrarotkopfes abdecken können.
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Um
mehrere Messstellen an einem Zug zu erfassen, beispielsweise die
Räder/Bremsen
und die Lager an beiden Enden einer Achse bzw. die innenliegenden
Lager zwischen den Rädern,
sind mehrere Infrarotköpfe 20 vorgesehen.
Die Messköpfe
sind im wesentlichen identisch aufgebaut und mit denselben Peripheriegeräten ausgestattet.
Das Ausführungsbeispiel
der 2 ist mit insgesamt vier Sensoreinheiten versehen,
die jeweils einen Infrarotmesskopf 20 aufweisen. Mit diesem
Fahrwerküberwachungssystem
ist eine Überwachung
der beiden Lager A und der beiden Bremsen oder Räder B einer Achse möglich.
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Die
Sensorik umfasst des weiteren einen Spiegel 22 für jeden
Infrarotmesskopf 20, durch den die in einen Sektor 21 fallenden
Infrarotstrahlen zum Infrarotmesskopf 20 umgelenkt werden.
Jeder Spiegel 22 ist mit einem Motor 23 versehen,
der den Spiegel in der Spiegelebene dreht, um auf der Oberfläche des
Spiegels 22 liegenden Schmutz wegzuschleudern und um zu
einer glatteren Reflektion zu führen, da
durch die Drehung des Spiegels Unebenheiten der Spiegelfläche ausgemittelt
werden. Jeder Spiegel 22 bildet mit einem Motor 23 ein
Spiegelsystem.
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In
einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform können die
Messköpfe 20 auch
direkt auf die zu vermessenden Fahrwerksabschnitte der vorbeifahrenden
Züge gerichtet
sein. In diesem Fall fallen die Infrarotstrahlen ohne Umlenkung
direkt auf die Messköpfe.
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Über jedem
Spiegel 22 ist eine bewegliche Schutzklappe 24 angeordnet.
Durch die Schutzklappe 24 kann eine Strahlengangöffnung 25,
durch welche die Infrarotstrahlen in das Innere der Hohlschwelle
geleitet werden, verschlossen und geöffnet werden. Bei verschlossener
Schutzklappe 24 kann kein Schmutz in das Innere der Hohlschwelle 2 treten,
insbesondere kann der Spiegel 22 nicht verschmutzen. Die
Schutzklappe 24 wird durch einen Motor oder einen Elektromagneten
geöffnet
oder geschlossen und bildet somit eine Strahlengangabdeckung bzw.
Verschlussvorrichtung, durch die der Strahlengang zwischen den Messphasen
abgedeckt bzw. verschlossen wird.
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Pro
Schutzklappe ist eine Steuerleitung von der Datenverarbeitungseinrichtung
zur Schutzklappe 24 geführt.
Die Datenverarbeitungseinrichtung übernimmt die Steuerung der
Schutzklappen, wozu neben dem Öffnen
und Schließen
der Schutzklappe 24 auch die Messung der Temperatur in
der Umgebung der Schutzklappe, das Beheizen der Schutzklappe bei
Umgebungstemperaturen unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes
und die Erfassung der Lagen der Schutzklappen 24 durch
Positionsfühler wie
beispielsweise Endlagenschalter gehört. Diese Funktionen werden
im folgenden kurz erläutert:
Der Motor 23 und die Schutzklappe 24 sind über Signalleitungen 27 und 28 (vgl. 3)
an die Datenverarbeitungseinrichtung 5 angeschlossen. Über die
Signalleitung 28 einer Schutzklappe 24 sind auch
Endschalter abfragbar, so dass eine Rückmeldung bei geöffneter
und geschlossener Schutzklappe 24 in Form eines Signals
an die Datenverarbeitungseinheit ausgebbar ist.
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Damit
im Winter der Strahlengang der Infrarotköpfe 20 frei bleibt
und die Schutzklappen nicht festfrieren, sind die Schutzklappen 24 mit
Heizelementen (nicht gezeigt) ausgestattet. Die Heizelemente sind über eine
in der 2 nicht dargestellte Leitung ebenfalls mit der
Datenverarbeitungseinrichtung 5 verbunden. Jeder Schutzklappe 24 ist
ein Temperatursensor (nicht gezeigt) zugeordnet, durch den die Temperatur
im Bereich der entsprechenden Schutzklappe 24 erfassbar
ist. Die Temperatursensoren sind mit der Datenverarbeitungseinrichtung 5 versehen.
Sinkt die durch einen Temperatursensor erfasste Temperatur unterhalb
eines vorbestimmten und einstellbaren Schwellenwerts, beispielweise
2°C, so werden
die Heizelemente automatisch betätigt.
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Der
gesamte Aufbau mit den Infrarotmessköpfen 20 und den zugeordneten
Spiegelsystemen ist auf einer optischen Bank 30 montiert,
die über Schwingungsdämpfer 31 erschütterungsfrei
in der Hohlschwelle gehalten ist.
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In 3 ist
der Aufbau der Datenverarbeitungseinrichtung 5 gezeigt.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 5 weist mehrere Funktionsmodule
auf. Über
ein Spiegelbetätigungsmodul 50 wird
der Motor 23 der Spiegel betätigt. Je nach Ausführungsvariante können dabei
sämtliche
Motoren aller Spiegel auf einmal oder nur die Motoren einzelner
Spiegel betätigt
werden.
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Weiter
weist die Datenverarbeitungseinrichtung 5 ein Schutzklappenbetätigungsmodul 51 auf, durch
das die der Schutzklappen 24 einzeln oder je nach Ausführungsvariante
auch nur oder wahlweise zusammen betätigbar sind. Über das
Schutzklappenbetätigungsmodul
werden auch die von den Temperatursensoren der Schutzklappen 24 ermittelten
Temperaturen überwacht
und bei Bedarf selbständig
die Heizelement betätigt.
Hierzu führen
die Datenleitungen 28 zu den entsprechenden Komponenten
einer Schutzklappe 24 und den der Schutzklappe zugeordneten
Peripheriegeräten.
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An
ein Temperaturerfassungsmodul 52 sind weitere Temperatursensoren
angeschlossen, durch welche Temperaturen an anderen Stellen innerhalb oder
außerhalb
der Hohlschwelle oder die Temperaturen von Komponenten des Fahrwerküberwachungssystems
gemessen werden können.
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Über ein
Temperatursteuerungsmodul 53 kann die Datenverarbeitungseinrichtung 5 mittels den
Temperatursensoren und den Heizelementen beliebig vorgebbare Betriebstemperaturen
regeln, indem die Heizleistung der Heizelemente automatisch eingestellt
wird.
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Die
Stromversorgung der Datenverarbeitungseinrichtung 5 erfolgt über eine
Leistungs- und Versorgungselektronik 54 und eine Stromversorgungsleitung 54', die für den Betrieb
der Heizelemente ausreichend bemessen sein muss.
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Die
Datenverarbeitungseinrichtung 5 weist ferner ein A/D-Datenkonvertierungsmodul 55 auf, durch
das die analogen Signale der Zuganwesenheitsmelder 3, die über die
Leitung 6a übertragen werden,
digitalisiert werden.
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Ein
weiteres Datenkonvertierungsmodul 60 bereitet die Signale
der Infrarotmessköpfe
auf und leitet sie einem Signalprozessormodul 61 zu. Die
Daten der Zuganwesenheitsmelder 3 und der Infrarotmessköpfe 20 werden
dann im digitalen Signalprozessormodul 61 ausgewertet und
das Ergebnis der Auswertung wird über eine Ausgangsleitung 62 an weitere
Komponenten innerhalb der Datenverarbeitungseinrichtung ausgegeben.
Die Datenrate der Ausgangsleitung 62 ist dabei kleiner
als die kombinierte Datenrate der Eingangsleitungen 6a und 6b, so
dass das Signalprozessormodul 61 als Datenreduktionsmodul
eine Datenreduktion durchführt.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 3 wird das Ergebnis der Auswertung durch das Signalprozessormodul 61 über eine
Ethernetschnittstelle 65 in das entsprechende Datenformat
umgewandelt und mit dem entsprechenden Datenprotokoll versehen. Anstelle
einer Ethernetschnittstelle kann auch eine Schnittstelle mit einem
anderen Protokoll für
einen bidirektionalen Datenaustausch verwendet werden. Durch die
Bidirektionalität
des Datenaustausches ist sichergestellt, dass eine Störung beim
Datenaustausch mit der Standortelektronik festgestellt werden und
eine Wiederholung der Datenübertragung
stattfinden kann.
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Im
folgenden wird die Funktion der Erfindung anhand des in den 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Nähert sich
ein Zug der Fahrwerküberwachungsanlage,
so betätigt
er beim Überfahren
den in Fahrtrichtung F des Zuges zweiten Zuganwesenheitsmelder 3,
der daraufhin ein Zuganwesenheitssignal über die Datenleitung 6a an
die Datenverarbeitungseinrichtung 5 aussendet. Auf dieses
Zuganwesenheitssignal hin öffnet
die Datenverarbeitungseinrichtung 5 Schutzklappen 24 und
betätigt
die Motoren 23 für
die Spiegel 22. Je nach Entfernung des klappen 24
und betätigt
die Motoren 23 für
die Spiegel 22. Je nach Entfernung des zweiten Zuganwesenheitsmelders 3 von
den Infrarotköpfen
bzw. der Hohlschwelle 2 und der Geschwindigkeit des Zuges
kann das Öffnen
der Schutzklappen 24 und die Betätigung der Motoren 23 mit
einer Zeitverzögerung
erfolgen.
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Der
Zuganwesenheitsmelder 3 gibt dabei jedes Mal dann ein Signal
aus, wenn ein Rad des ankommenden Zuges in seinen Messbereich fällt. Hierzu
kann der Zuganwesenheitsmelder ein induktives, kapazitives oder
optisches Messverfahren verwenden. Im Zuganwesenheitssignal ist
somit die Passage eines jeden Rades unterscheidbar enthalten.
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Aus
der Differenz der Signale des in Fahrtrichtung F des Zuges ersten
und zweiten Zuganwesenheitsmelders 3 kann durch die Datenverarbeitungseinrichtung 5 die
Geschwindigkeit des Zuges über
den Abstand der beiden Melder voneinander bestimmt werden.
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Die
Infrarotmessköpfe 20 sind
ständig
in Betrieb – auch
wenn kein Zug über
die Hohlschwelle rollt und die Schutzklappen 24 verschlossen
sind – und
senden kontinuierlich Daten über
die Datenleitung 6b an die Datenverarbeitungseinrichtung 5.
Die Zuordnung dieses kontinuierlichen Datenstroms zu bestimmten
Achsen und Bremsen eines über
die Hohlschwelle fahrenden Zuges wird durch ein Synchronisationssignal
wesentlich erleichtert. Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 wird
dieses Synchronisationssignal vom in Fahrtrichtung F des Zuges zweiten
Zuganwesenheitsschalter bzw. -melder erzeugt. In diesem Signal ist
die Information erhalten, wann eine Achse des Zuges in den Messbereich
der Infrarotmessköpfe 20 fährt.
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Dazu
muss der zweite Zuganwesenheitsmelder nicht direkt über der
Hohlschwelle 2 bzw. dem Infrarotmesskopf 20 liegen,
da über
die errechnete Geschwindigkeit des Zuges eventuelle Zeitverzögerungen
zwischen dem Messsignal der Infrarotmessköpfe 20 und des Zuganwesenheitsmelder 3 berücksichtigt werden
können.
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Die
Berechnung der Geschwindigkeit des Zuges und die Berücksichtigung
eventueller Zeitverschiebungen aufgrund eines räumlichen Abstandes zwischen
den einzelnen Signalgebern werden durch die Datenverarbeitungseinrichtung 5 durchgeführt.
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Sobald
die letzte Achse des Zuges den dritten, in Fahrtrichtung F des Zuges
letzten Zuganwesenheitsschalter passiert hat, werden die Schutzklappen 24 durch
die Datenverarbeitungseinrichtung 5 geschlossen, indem
ein Schließsignal
von der Datenverarbei tungseinrichtung 5 ausgegeben wird. Gleichzeitig
werden die Motoren 23 der Spiegel 22 durch die
Datenverarbeitungseinrichtung 5 abgeschaltet.
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Die
Datenverarbeitungseinrichtung erfasst sowohl das Ankommen eines
Zuges und das dadurch ausgelöste Öffnen der
Schutzklappen 24 sowie das Wegfahren eines Zuges und das
dadurch ausgelöste
Schließen
der Schutzklappen 24. Diese beiden Zeitpunkte des Öffnen und
des Schließens
markieren den Anfang und das Ende einer Messung. Die Datenverarbeitungseinrichtung 5 des
Ausführungsbeispiels der 1 bis 3 führt eine
Datenreduktion durch, indem Messungen außerhalb des Zeitintervalls
zwischen dem Öffnen
und Schließen
nicht ausgewertet und auch nicht an die Standortelektronik 7 ausgegeben
werden.
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Die
Datenmenge kann nochmals verringert werden, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung 5 die
Daten so vorbearbeitet, dass aus dem kontinuierlich empfangenen
Signal der Messköpfe 20 nur
diejenigen Signalanteile beibehalten und an die Standortelektronik
gesendet werden, in denen tatsächlich Messsignale
des Fahrwerks enthalten sind. Die Messdaten des Unterbodens des
vorbeifahrenden Zuges oder die Messdaten bei geschlossener Schutzklappe 24 werden
bei dieser Ausführung
mit Hilfe des Zuganwesenheitssignals erkannt und herausgefiltert.
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Zusätzlich oder
alternativ zu dieser Art der Datenreduktion kann die Datenverarbeitungseinrichtung 5 auch
einen Datenkompressionsalgorithmus ausführen, durch den die Datenrate
mit oder ohne Datenverlust durchgeführt werden kann. Für die Datenkompression
gibt es im Stand der Technik eine Reihe von fertigen Lösungen,
die ein Fachmann auf das vorliegende Datenübertragungsproblem anwenden
kann. Die Datenkompression kann insbesondere über ein separates Kompressionsmodul 66 in
Form eines integrierten Schaltkreises erfolgen. Eine Echtzeit-Datenübertragung
ist aufgrund der verringerten Datenübertragungsrate der Ausgangssignalleitung 62 nur
mit einer Datenkompression möglich.
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Noch
während
der Zug über
die Hohlschwelle 2 rollt, wertet die Datenverarbeitungseinrichtung 5 die
von den Zuganwesenheitsmeldern 3 und von den Infrarotmessköpfen 20 ankommenden
Signale bzw. Messdaten aus und kombiniert diese zu einem Ausgangssignal.
Bei dieser Kombination werden die Signale der Infrarotmessköpfe 20 und
das Signal eines Zuganwesenheitsmelders bereits unter Berücksichtigung
eventueller Zeitverschiebungen miteinander korrekt synchronisiert.
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Eine
Kombination der Messdaten mit dem Zuganwesenheitssignal während der
Messung kann beispielsweise durch ein digitales Multiplex-Signal erfolgen.
Da die Ausgangsdatenrate kleiner ist als die Eingangsdatenrate,
ist die Datenverarbeitungseinrichtung 5 mit einem Datenpuffer 67 versehen,
in dem die auszugebenden Signale zwischengespeichert werden.
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Alternativ
können
die Signale der Infrarotmessköpfe 20 und
das von den Zuganwesenheitsmeldern abgeleitete Synchronisationssignal
auch als jeweils vollständiger
Datensatz in einem Datenpuffer zwischengespeichert und dann hintereinander
an die Standortelektronik ausgegeben werden. Dabei können die
entsprechenden Datensätze
von der Datenverarbeitungseinrichtung mit Zeitmarkierungen versehen
werden, die eine einfache Synchronisation der sequentiellen Datensätze durch
die Standortelektronik ermöglichen.
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In
beiden Fällen
wird die Ausgabe des Datensignals an die Standortelektronik erst
durch die erfolgte Messung ausgelöst, die wiederum aufgrund des
Zustands der Zuganwesenheitsmelder initiiert wird. Damit hängt die
Ausgabe des Ausgangssignals vom Zustand der Zuganwesenheitsmelder
ab.
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Die
Ausgabe des Ausgangssignals kann in allen Fällen schon während der
laufenden Messung erfolgen, oder aber erst dann, wenn die Messungen abgeschlossen
sind.
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In
der Standortelektronik 7 werden die von der Datenverarbeitungseinrichtung 5 ausgegebenen Signale
unter Berücksichtigung
des Synchronisationssignals ausgewertet. Als Ergebnis der Auswertung
bestimmt die Standortelektronik 7, ob einzelne Achsen,
Lager, Räder
oder Bremsen heißgelaufen und/oder
festgefressen sind. Durch die Standortelektronik werden dann die
Ergebnisse in graphischer Form auf einem Bildschirm in einer Überwachungszentrale
oder über
ein Telemetriesystem auch beim Lokführer des gerade vermessenen
Zuges ausgegeben.
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In
einer weiteren, nicht in den Zeichnungen dargestellten Variante
kann die Funktionalität
der Standortelektronik auch in die Datenverarbeitungseinrichtung 5 integriert
sein.