DE102004015244B4

DE102004015244B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Gleislagequalität

Info

Publication number: DE102004015244B4
Application number: DE200410015244
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Jöckel; Hans-Joachim Dr. Knaak; Olaf KÖRNER
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: DE102004015244A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung der Gleislagequalität von Schienenstrecken durch Triebfahrzeuge (3) mit Tatzlagerantrieb durch folgende Schritte:
– Erfassung der Drehzahl n eines Fahrmotors (5) mit seinen überlagerten Rotationsschwingungen,
– Auswertung und Vergleich der aufgenommenen Messwerte bei identischen Strecken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Gleislagequalität von Schienenstrecken.
Die Gleislage von Schienenstrecken verschlechtert sich aufgrund von Witterungseinflüssen bzw. häufigen Fahrten von Schienenfahrzeugen, so dass die Verschlechterung der Gleislage erfasst und dementsprechend gegebenenfalls behoben werden muss. Die notwendige Überwachung der Gleislagequalität und die Auslösung von Instandhaltungsmaßnahmen erfolgt zur Zeit durch besondere Messzüge, die die jeweiligen Schienenstrecken turnusmäßig bis zu zweimal im Jahr befahren. Dies verursacht Kosten durch die Vorhaltung und Betrieb der Messzüge; des weiteren sind die Schienenstrecken in dieser Zeit nicht durch den normalen Schienenverkehr nutzbar.

Aus der US 6 044 698 und der US 5 579 013 ist ein Verfahren bekannt, mit dem die Gleisqualität von Schienenstrecken durch Triebfahrzeuge überwacht wird, wobei die aufgenommenen Messwerte bei identischen Strecken ausgewertet und verglichen werden.

Aus der EP 1 213 202 A1 ist ein Verfahren zur Abbildung des Gleiszustandes und/oder des mechanischen Betriebsverhaltens von Schienenfahrzeugen beschrieben. Dabei werden über Sensoren die auftretenden Beanspruchungen in Signale umgeformt und über eine auf der Zugkomposition befindliche Auswerteeinheit Informationseinheiten generiert, die nach Häufung und Verteilung als Abbild des Gleiszustandes oder Abbild des Betriebszustandes genommen werden. Die Informationseinheiten werden über eine Funkstrecke zu einer Leitstelle übertragen. Jede mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ausgestattete Zugkomposition wird dadurch zu einem Messzug und er laubt in der Leitstelle eine aktuelle Anzeige des Gleiszustandes der betreffenden Streckenabschnitte.

Aus der EP 1 180 175 B1 werden über oberhalb des Radsatzes angeordnete Beschleunigungsmesser an einem Drehgestell eines Betriebsfahrzeugs die vertikalen linearen Verschiebungen bzw. Verlagerungen der Schienen bei regelmäßig beabstandeten Positionen entlang des Gleises bestimmt.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die in einfacher Art und Weise die Gleislagequalität misst und auswertet, wobei die Messungen und Auswertung über Drehzahl n eines Fahrmotors erfolgen soll.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch ein Verfahren zur Überwachung der Gleislagequalität von Schienenstrecken durch Triebfahrzeuge mit Tatzlagerantrieb durch folgende Schritte:

– Erfassung der Drehzahl n eines Fahrmotors mit seinen überlagerten Rotationsschwingungen,
– Auswertung und Vergleich der aufgenommenen Messwerte bei identischen Strecken.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt auch durch eine Vorrichtung zur Überwachung der Gleislagequalität von Schienenstrecken durch Triebfahrzeuge mit Tatzlagerantrieb mit Mitteln zur Erfassung der aufgrund von mangelnder Gleislagequalität am Triebfahrzeug auftretenden Rotationsschwingungen, und einer Auswerteeinheit am Triebfahrzeug um die Gleislagefehler zu bewerten.

Durch die beim Tatzlagerantrieb von Triebfahrzeugen inhärente Kopplung der Vertikalbewegung des Radsatzes, der starr der Gleislage folgt, mit dem rotierenden Antriebsstrang, der sich aus Rädern, Getriebe und Fahrmotorläufern zusammensetzt sind Abweichungen der Gleislagen von einem vorgebbaren Normprofil direkt in der Drehzahl des Fahrmotorläufers sichtbar. Diese der quasistatischen Fahrmotor-Drehzahl überlagerten Rotationsschwingungen sind sowohl im Drehzahlsignal des Fahrmotors, das durch Drehzahlgeber erfasst wird, als auch im magnetischen Luftspaltfeld und damit im Strangstrom des Fahrmotors vorhanden, der mit Stromwandlern erfasst wird. Diese beiden Sensoreinheiten Drehzahlgeber oder Drehzahlbeobachter und Stromwandler sind zur Fahrmotorregelung der Antriebe notwendigerweise vorhanden. Ihre Signale werden über eine geeignete Software hinsichtlich der Gleislagequalität ausgewertet, wobei starke Rotationsschwingungen, d.h. sehr dynamische Änderungen mit hoher Amplitude in den Signalen von Drehzahlgeber und Stromwandler, eine starke Gleislageabweichung anzeigen.

Durch eine gezielte automatische Auswertung der Signale auf dem Triebfahrzeug oder einer stationären Warte, insbesondere durch geeignete Software, wird die Gleislage der befahrenen Strecken ohne Zusatzaufwand mit jeder Fahrt eines derartig ausgerüsteten Triebfahrzeugs aufgenommen, ausgewertet und beurteilt. Dies führt zu einer nahezu kontinuierlichen Überwachung der Gleislage ohne zusätzliche kostenintensive Messfahrten. Dabei wird die Tendenz der Gleislageänderung im Vergleich zu einer vorher durchgeführten Fahrt über die neue oder instandgesetzte Schienenstrecke erfasst. Die durchgeführten Fahrten müssen nicht immer von denselben Fahrzeugen durchgeführt werden, es genügt wenn die auf dieser Strecke verkehrenden Fahrzeuge über die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügen und das erfindungsgemäße Verfahren durchführen.

Die Daten können dabei direkt online an die Warte übermittelt werden, nach Abschluss der Fahrt oder nach vorgebbaren Zeitabständen.

Im Zusammenspiel der außerhalb einer festzulegenden Toleranz liegenden Gleislageabweichung mit der Erfassung des Ortes durch ein vorhandenes GPS (Global Positioning System) des Triebfahrzeuges können gezielte und rechtzeitige Instandhaltungsmaßnahmen ausgelöst werden. Dies verhindert unter anderem die exponentiell voranschreitende Verschlechterung der Gleislage, die zu noch größeren Schäden und zu noch teureren Instandhaltungsmaßnahmen am Gleiskörper und zu hohen Belastungen von Fahrzeugkomponenten anderer Triebfahrzeuge führen können.

Unter Ausnutzung der Charakteristik des Tatzlagerantriebs und mit der von vornherein vorhandenen Sensorik dieses Triebfahrzeugs wird eine automatische, kontinuierliche Überwachung der Gleislagequalität bei jeder Fahrt über eine Schienenstrecke ermöglicht.

Bisher wird die Gleislage diskontinuierlich in Zeitabständen von mindestens einem halben Jahr mit dem teuren Einsatz von Messzügen überwacht.

Bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung ist es entscheidend, die Gleislagefehler von anderen Störgrößen zu unterscheiden und sie nach unterschiedlichen Wellenlängen klassifizieren zu können. Vorteilhafter Weise wird dabei eine Korrelation der ausgewerteten Signale zwischen den jeweiligen Radsätzen einer Lokomotive bzw. des Triebfahrzeuges eingesetzt. Durch diese Korrelation und der aktuellen Fahrgeschwindigkeit sind Anregungen aus Gleislage fehlern klar von anderen Störgrößen z.B. Radsatz-selektiven Schleuderschutz-Eingriffen differenzierbar.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:
1 prinzipielle Darstellung eines Triebfahrzeugs auf einem Gleis,
2 eine prinzipielle Detailansicht eines Radantriebs,
3 vereinfacht dargestelltes Messsignal
In 1 ist ein Triebfahrzeug 3 dargestellt, das sich mit seinen beiden Drehgestellen 4 auf einem Gleiskörper befindet und sich mit der Geschwindigkeit v bewegt. Der Gleiskörper hat ein Normprofil 2 von dem sich die tatsächliche Gleislage 1 unterscheidet. Die Geschwindigkeit v ist der Drehzahl n eines Fahrmotors 5 proportional. Bewegungen 7 eines Radsatzes 6 oder auch eines einzelnen Rades bei anderen Treibfahrzeugen gemäß 2 aufgrund von Unterschieden Δz zwischen dem Normprofil 2 des Gleiskörpers und der tatsächlichen Gleislage 12 verursachen Rotationsschwingungen, die der Drehzahl n des Fahrmotors 5 überlagert sind. Dieser Unterschied Δz kann, als der quasistationären Drehzahl n des Fahrmotors 5 überlagerten Rotationsschwingung vorteilhafterweise über den Drehzahlgeber 5 erfasst werden.
Diese überlagerten Rotationsschwingungen sind im magnetischen Luftspaltfeld vorhanden und damit auch im Strangstrom des Fahrmotors 5 über Stromwandler 13 erfassbar.
Der Unterschied Δz ist der Drehzahländerung Δn proportional. Die Auswerteeinheit 11 erfasst die über die Messwandler wie z.B. Drehzahlgeber oder Stromwandler aufgenommenen Daten und vergleicht diese mit vorgebbaren Toleranzwerten. Die gesamten Daten können über die Antenne 8 und das GPS 9 einer nicht nä her dargestellten Warte übermittelt werden. Es sind aber auch lediglich die Positionen der Triebfahrzeuge 3 übermittelbar, die eine Überschreitung von vorgebbaren Toleranzwerten aufweisen.
Bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung ist es entscheidend, die Gleislagefehler von anderen Störgrößen zu unterscheiden und sie nach unterschiedlichen Wellenlängen klassifizieren zu können. Vorteilhafter Weise wird dabei eine Korrelation der ausgewerteten Signale bzw. Daten zwischen den jeweiligen Radsätzen 6 einer Lokomotive bzw. des Triebfahrzeuges 3 eingesetzt. Durch diese Korrelation und der aktuellen Fahrgeschwindigkeit v sind Anregungen aus Gleislagefehlern klar von anderen Störgrößen z.B. Radsatz-selektiven Schleuderschutz-Eingriffen differenzierbar.
Gleislagefehle, die sowohl in vertikaler Richtung mit Unterschieden Δz auftreten, als auch Abweichungen der Abstände der beiden Schienenstränge des Gleiskörpers können auch von anderen am Triebfahrzeug 3 befindlichen Messsystemen erfasst werden und über eine Auswerteeinheit 11, eine Antenne 8 des Triebfahrzeugs 3 über GPS 9 an eine Warte positionsabhängig übermittelt und erfindungsgemäß ausgewertet werden.
Dabei arbeiten diese Messsysteme auf Laser- oder Ultraschallbasis. Die Triebfahrzeuge 3 sind dabei nicht notwendigerweise mit Tatzlagerantrieb ausgestattet. Es sind auch andere Antriebsarten, wie dieselelektrische Antriebe oder Direktantriebe von einzelnen Rädern oder Radsätzen vorstellbar.
Im Zusammenspiel mit der Erfassung des Ortes der starken Gleislageabweichung durch ein vorhandenes GPS 9 des Triebfahrzeuges 3 können gezielte und rechtzeitige Instandhaltungsmaßnahmen ausgelöst werden. Es können Trendanalysen der jeweiligen Streckenabschnitte durchgeführt werden. Dies verhindert unter anderem die exponentiell voranschreitende Ver schlechterung der Gleislage, die zu vergleichsweise großen Schäden und damit zu noch teureren Instandhaltungsmaßnahmen am Gleiskörper führt. Außerdem werden die vergleichsweise hohen Belastungen von Fahrzeugkomponenten anderer Triebfahrzeuge 3 durch dementsprechende Analysen und zeitigen Instandhaltungsarbeiten am Gleiskörper vermieden.

Claims

Verfahren zur Überwachung der Gleislagequalität von Schienenstrecken durch Triebfahrzeuge (3) mit Tatzlagerantrieb durch folgende Schritte: – Erfassung der Drehzahl n eines Fahrmotors (5) mit seinen überlagerten Rotationsschwingungen, – Auswertung und Vergleich der aufgenommenen Messwerte bei identischen Strecken.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die überlagerte Rotationsschwingung über den Drehzahlgeber (10) zur Erfassung der Drehzahl n des Fahrmotors (5) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die überlagerte Rotationsschwingung über Erfassung der Strangströme durch Stromwandler (13) erfasst wird, die sich aus dem beeinflussten Luftspaltfeld ergeben.
Verfahren nach einem oder mehrere der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortserfassung der Messung über GPS (9) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über GPS (9) Instandhaltungsmaßnahmen ausgelöst werden.
Verfahren nach einem oder mehrere der vorhergehenden Ansprüche, dass die jeweiligen ausgewerteten Messsignale eines Radsatzes (6) durch eine Korrelation der Messsignale weiterer Radsätze (6) des Triebfahrzeugs (3) erfasst und störgrößenunabhängig ausgewertet werden.
Vorrichtung zur Überwachung der Gleislagequalität von Schienenstrecken durch Triebfahrzeuge (3) mit Tatzlagerantrieb: – Mittel zur Erfassung der aufgrund von mangelnder Gleislagequalität am Triebfahrzeug (3) auftretenden Rotationsschwingungen, – Auswerteeinheit (11) am Triebfahrzeug (3) um die Gleislagefehler zu bewerten.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die der quasistatischen Drehzahl n des Fahrmotors (5) überlagerte Rotationsschwingung über den Drehzahlgeber (10) des Fahrmotors (5) des Triebfahrzeugs (3) erfassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die der quasistatischen Drehzahl n des Fahrmotors (5) überlagerte Rotationsschwingung über zumindest einen die Strangströme des Fahrmotors (5) aufnehmenden Stromwandler erfassbar ist.