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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung
der Radsatzlagertemperatur an Schienenfahrzeugen zur Vermeidung
von Heißläufer-Entgleisungen,
wobei eine Radsatzlagertemperatur mittels eines oder mehrerer Sensoren
gemessen und mit einem oder mehreren Grenzwerten verglichen wird,
sowie eine Überwachung
der Achsdrehzahlen erfolgt.
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Bekannt
sind stationäre
Heißläuferortungsanlagen
für die Überwachung
von Radsätzen
von Schienenfahrzeugen. Hiermit ist eine permanente Überwachung
der Temperatur von Radsatzlagern jedoch nicht möglich.
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Aus
der
DE 101 05 027
C1 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines einen Lagerschaden
an einem Achslager angebenden Alarmsignals bekannt, bei dem die
Temperatur des Achslagers unter Bildung eines Temperaturmesswertes
gemessen wird und das Alarmsignal unter Heranziehung des Temperaturmesswertes
erzeugt wird. Dabei wird das Schwingungsverhalten der Achse mit
einer fahrzeugseitigen Schwingungsmesseinrichtung gemessen und das Alarmsignal
ausschließlich
dann erzeugt wird, falls der Temperaturmesswert einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet
und das gemessene Schwingungsverhalten von einem vorgegebenen Normalverhalten
abweicht.
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Darüber hinaus
ist eine Anordnung zur Erfassung, Übertragung und Überwachung
von Messwerten und Daten, welche das Betriebsverhalten von Eisenbahnwagen
charakterisieren bekannt, wobei Messgeräte zur Erkennung von Heißläufern, Flachstellen,
entgleisten Achsen usw. in jedem Eisenbahnwagen eines Zuges mit
einer elektronischen Auswerteschaltung verbunden sind, in welcher
die Grenzwerte auf das Überschreiten
von eingespeicherten Grenzwerten geprüft werden, dass mit der elektronischen
Auswerteschaltung ein UHF-Sender/Empfänger verbunden
ist, über
den beim Auftreten einer Grenzwertüberschreitung drahtlos eine
frequenzkodierte Meldung zu einer Zentralstelle mit optischen und
akustischen Anzeigen auf der Lokomotive des Zuges übertragen
wird (
DE 25 07 645 ).
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Aus
der
DE 198 26 422
A1 ist ein kombiniertes Sensorsystem zur kontinuierlichen
Kontrolle der Radsätze
von Schienenfahrzeugen auf mechanische Defekte und fehlerhaften
Radlauf, sowie Detektion von gefährlichen
Fahrzeugzuständen bekannt,
bei der jedes Radlager durch einen dreidimensionalen Körperschallsensor
auf Lagerdefekte, sowie unzulässige
Laufgeräusche
und Erschütterungen überwacht wird.
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Bekannt
ist ein Verfahren zur Messung von an Rädern von Eisenbahnfahrzeugen
auftretenden Fehlern, bei dem im Betrieb, d. h. während des
Fahrens Fehler am rollenden Rad registriert und analysiert werden
und als Folge der Analyse geeignete Reaktionen insbesondere betreffend
den weiteren Fahrbetrieb ausgelöst
werden (
DE 199 19
604 A1 ). Die Messeinrichtung ist eine Positions-Erschütterungs-
und Temperaturmessungseinrichtung.
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Alle
bekannten Verfahren und Vorrichtungen weisen gemeinsam folgende
Nachteile auf:
- 1. Die Messeinrichtungen sind
konstruktiv aufwändig
und in der Unterhaltung teuer.
- 2. Eine sichere Überwachung
der Achslagertemperaturen und eine zuverlässige Übermittlung und Auswertung
der gewonnen Daten sowie die Übermittlung
dieser aufbereiteten Daten auf das Triebfahrzeug ist bislang nicht
ausreichend gewährleistet.
- 3 . Eine Speicherung und Übermittlung
zur späteren
Auswertung der gewonnen Daten an einen zentralen Server ist nicht
vorgesehen bzw. wird nicht spezifiziert. Es wird nicht erläutert, ob
und in welcher Form und Umfang die Daten gespeichert werden sollen.
- 4. Konstruktion: Es werden keine Aussagen gemacht wie und wo
die Sensoren an den bestehenden Radsatzlagern befestigt werden sollen.
Es fehlen Aussagen, mit welchen konstruktiven Maßnamen ein zuverlässiges Betreiben
während
des Eisenbahnbetriebes sichergestellt werden soll und mit welchen
konstruktionsbedingten Messabweichungen gerechnet werden muss.
- 5. Energieversorgung: Es wird nicht erläutert, wie die notwendige Versorgung
mit elektrischer Energie erfolgen soll. Auch fehlen Angaben über den zu
erwartenden Energiebedarf. Insbesondere die Vorschläge Wirbelstrombremse,
Dopplerradar und UHF Sender/Empfänger
dürften
einen erheblichen elektrischen Leistungsbedarf haben. Die Verfahren
setzen entweder das Vorhandensein einer Bordspannung voraus und
sind somit für
Waggons nicht geeignet oder es wird die Errichtung einer fahrzeugeigenen
Energieerzeugungsanlage vorausgesetzt ohne die Leistungsparameter
zu spezifizieren. Bei dem beschriebenen Verfahren einer Stromversorgung
durch einen Impulsgenerator setzt dieses Verfahren voraus, dass
sich das Fahrzeug be wegt. Bei einem Halt werden keine Daten erfasst
und kein Alarm gesendet. Dies kann zu Fehlern führen, wenn die Alarmtemperatur
erst nach einem Halt erreicht wird.
- 6. Messgenauigkeit, Signalauswertung und Signalübertragung:
Alle Verfahren gehen davon aus, dass eine bestimmte Anzahl Istwerte
durch je einen spezifischen Sensor ermittelt und in einer fahrzeugeigenen
Anlage ausgewertet wird. Es wird nicht spezifiziert wie die Übertragung
zwischen Sensor und Anlage erfolgt, wie und welche Umwelteinflüsse (z.B. Änderung
der Außentemperatur)
den Messwert beeinflussen bzw. wie diese Beeinflussung verhindert
oder kompensiert werden soll. So wird bei den beschriebenen Verfahren
nur die Oberflächentemperatur
des Lagerdeckels durch Infrarotsensoren oder einen an der Außenseite
des Lagers angebrachten Temperatursensor gemessen. Die Oberfläche des
Lagerdeckels wird aber zum einen durch den Fahrtwind mehr oder weniger
gekühlt
und zum anderen misst ein verschmutzter Infrarotsensor nicht die Temperatur
des Lagerdeckels, sondern den Schmutzfilm auf seiner Oberfläche. In
jedem Fall muss mit einer erheblichen Messabweichung und einem erheblichen
Instandhaltungsaufwand gerechnet werden.
- 7. Auch wird nicht erläutert,
wie sich die Anlagen bei einem defekten Sensor verhalten und wie
negative Auswirkungen auf den Eisenbahnbetrieb verhindert und Defekte
bemerkt werden sollen. Bei den Verfahren Wirbelstromauswertung,
Dopplerradar, Körperschallsensoren
und Vibrationsauswertung durch Beschleunigungssensoren ist aufwändige Filterung
und Auswertung der jeweiligen Rohdaten erforderlich. Auch mit modernster Rechentechnik
dürfte
dies einige Zeit beanspruchen. Erläuterungen, mit welcher zeitlichen
Verzögerung
zwischen dem Eintreten einer Gefahrensituation, dem Erkennen durch
die Überwachungsanlage
und dem Eintreffen der Alarmmeldung beim Triebfahrzeug zu rechnen
ist, fehlen. Auch ist bei den auf Vibrationsüberwachung basierenden Verfahren
mit einer durch den Gleiskörper
bedingten Anzahl von Fehlalarmen zu rechnen. Aus diesen Gründen muss
davon ausgegangen werden, dass diese Verfahren eine Gefahr erst
melden, wenn der Havariefall (Entgleisung) bereits eingetreten ist.
Der Zweck dieser Anlage wird somit nicht erfüllt. Im Fall DE 101 05 027 C1 erfolgt
eine Ermittlung der Temperaturen erst beim Passieren der nächsten Auslesestation.
Damit setzt dieses Verfahren auf dem Prinzip der bestehenden Heißläuferortungsanlagen
auf. Eine permanente Überwachung
mit einer sofortigen Einleitung von Gegenmaßnahmen ist somit nicht gegeben.
Auch werden keine Angaben gemacht, in welchem Abstand/Zeitraum eine
Datenabfrage erfolgen soll. Dieses Verfahren stellt somit keine Verbesserung
der bestehenden Sicherheitstechnik dar.
- 8. Datenübertragung/Datenauswertung:
Eine sichere Übertragung
der Alarmmeldung vom betroffenen Fahrzeug zur Betriebsleitung/Triebfahrzeug stellt
bei jedem Verfahren das am schwersten zu lösende Problem dar. Das Verfahren
mit einer Funkübertragung über UHF
Kanäle/Antennen muss
als technisch veraltet betrachtet werden. Auch wird nicht eindeutig
spezifiziert, welche Frequenzen genutzt werden sollen. Außerdem wird
in diesem Verfahren nicht erläutert
wie verhindert werden soll, dass ein Alarmsignal von parallelfahrenden
oder entgegenkommenden Zügen
aufgefangen wird und dort Fehlalarme verursacht. Die anderen Verfahren
erfordern eine Datenleitung zwischen jedem Waggon und dem Triebfahrzeug oder
sind von vornherein nicht auf eine permanente Überwachung der Achsen ausgelegt.
Da eine solche Infrastruktur nicht existiert und die Waggons nicht
permanent verbunden sind, sind diese Lösungen nur für geschlossene
Zugverbände/Triebwagen
einsetzbar.
- 9. Eine Nutzung der gesammelten Daten für eine spätere Auswertung ist bei diesen
Verfahren nicht vorgesehen bzw. wird nicht spezifiziert. Auch fehlt eine Überwachung
der Achsdrehzahlen und der Außentemperatur,
was eine spätere
sinnvolle Auswertung erst möglich
macht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine permanente Radsatzlagerüberwachung
von Schienenfahrzeugen mittels einem einfach zu bedienenden, kostengünstigen
und sicheren Verfahren zu bewerkstelligen, wobei die gewonnenen
Daten sofort zur Messeinrichtung dem Datenlogger übermittelt nach
einer Überschreitung
der eingestellten Gefahrenparametern überprüft werden.
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Dies
wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass über
einen Datenlogger verbundene Sensoren im Inneren des Radsatzlagergehäuses angebracht
werden. Bei Neufahrzeugen ist bei der Konstruktion des Radsatzlagergehäuses eine
Sackbohrung vorzusehen, die eine Positionierung des Temperatursensors
dicht am obersten Punkt des Radsatzlagers ermöglicht, da dort der Ort der
größten Wärmeentwicklung
ist. Bei der Nachrüstung
bestehender Fahrzeuge ist der Temperatursensor in eine Sackbohrung
einer der oberen Lagerdeckelschrauben einzukleben. Die anfallenden
Temperaturmessdaten werden im Datenlogger sofort zur Gefahrenanalyse ausgewertet.
Dazu sind jedem Temperatursensor drei Grenzwerte zugeordnet. Als
erster Grenzwert wird bei jeden Temperatursensor die maximale Temperatur
des Radsatzlagers in Höhe
der maximalen Betriebstemperatur des jeweils verwendeten Schmiermittels
eingestellt. Als zweiter Grenzwert wird zusätzlich ein Vergleich der Temperatur
des rechten und des linken Radsatzlagers einer Achse durchgeführt und
eine bestimmte Differenz als Grenzwert eingestellt. Als dritter
Grenzwert erfolgt eine Erfassung der Temperaturanstiegskurve durch Vergleichen
der aktuellen Ist-Temperatur mit der mittleren Temperatur eines
festgesetzten Zeitraumes, wobei der Differenz ein Grenzwert zugewiesen
wird. Zusätzlich
wird jedem Sensor ein minimaler Grenzwert zur Funktionsüberwachung
zugewiesen, wobei der Grenzwert unterhalb jedes im Betrieb möglichen Messwertes
zu legen ist (z.B. –50°C). Im Falle
eines Sensordefektes oder einer Unterbrechung einer Sensorleitung
würde dies
durch den Datenlogger als ein Unterschreitung des unteren Grenzwertes
interpretiert. Wurde das Fahrzeug zusätzlich mit Drehzahlsensoren
ausgerüstet,
wird als weitere Überwachungsfunktion
ein Vergleich der Drehzahlen der einzelnen Achsen durchgeführt. Sollte
die Differenz >2 sein,
muss von einer blockierten Achse ausgegangen werden. Alle durch
die Sensoren ermittelten Messwert werden dem Datenlogger zugeführt und gespeichert.
Bei einer Überschreitung
eines Grenzwertes wird ein Warnsignal über ein Funkmodem vorzugsweise
als elektronische Kurznachricht über
das bestehende GSM-/GSM-R-Netz
oder ein entsprechendes Nachfolgesystem an den Empfänger des Triebfahrzeugführers und/oder
der Betriebsleitung und/oder per GSM-/GSM-R-Netz an die Zugfunkanlage
des Triebfahrzeuges übertragen
und angezeigt. Das weitere Vorgehen des Betriebspersonals ergibt sich
dann aus den jeweiligen Vorschriften des Bahnunternehmens. Im vorliegendem
Fall der Konzernrichtlinie der Deutschen Bahn Nr. 408.0553 Abs.1.
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Als
Temperatursensoren sind in der Bauform geeignete Typen von PTC-Widerstandssensoren auszuwählen, die
in Vierdrahttechnik an den Datenlogger angeschlossen werden. Die
Verwendung der Vierdrahttechnik (siehe 2) ist zwingend
erforderlich um eine Beeinflussung des Messergebnisses durch den
Widerstand der Sensorleitung zu verhindern. Außerdem ist die Verbindungsleitung
vom Messpunkt in der Sensorspitze bis zum Anschlussstecker am Datenlogger
durchgehend geschirmt auszuführen,
um eine Beeinflussung des Messergebnisses durch EM-Felder zu verhindern.
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Die
Sensorleitungen sind in einem flexiblen schlagfesten Rohr, vorzugsweise
einem Kopexrohr geführt,
welches nochmals in einem Stahlrohr angeordnet ist.
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Jedem
Sensor wird dabei ein eigener oberer und unterer Grenzwert zugeordnet.
Der obere Grenzwert und der gemessene Istwert dienen zur Überwachung
des Radsatzlagers und der Gefahrenerkennung und der untere zur Überwachung
der Funktionsfähigkeit
des Sensors.
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Der
Datenlogger ist mit einem Außentemperaturfühler verbunden.
Der Außentemperaturfühler ist
ebenfalls in Vierdrahttechnik auszuführen, um die selbe Messgenauigkeit
wie bei den Radsatzlagersensoren zu erreichen. Die ermittelten Außentemperaturdaten
werden mit aufgezeichnet, um bei der späteren Auswertung im Server
eine Aussage über
die entstanden Wärmemenge
treffen zu können.
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Durch
den Datenlogger wird selbst seine eigene Betriebsspannung intern
und andere Spannungen extern überwacht
und aufgezeichnet.
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Das Überwachungssystem
wird über
die Stromversorgung des Triebfahrzeuges oder Akkumulatoren und Solarzellen
betrieben.
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Der
Datenlogger sendet in bestimmten Zeitabschnitten ein Lebenszeichensignal
an den Zentralen Server.
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Die
Datenlogger der einzelnen Fahrzeuge werden durch einen zentralen
Server in regelmäßigen Abständen anwählt und
die anfallenden Daten herunter geladen sowie gespeichert, wobei
sich das maximale Ausleseintervall aus dem Speichervolumen des Datenloggers,
der Anzahl der Messwerte und dem Aufzeichnungsintervall ergibt.
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Die
ausgelesenen Daten werden auf dem Server zunächst zentral gespeichert. Wenn
Daten eines längeren
Zeitraumes zur Verfügung
stehen, kann aus der Veränderung
auf den Verschleißzustand
des Lagers geschlossen werden. Bei Abweichungen vom Sollzustand
kann das Fahrzeug einer vorsorgenden Instandhaltung zugeführt werden,
bevor es zu einer Gefahrensituation kommt.
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Die
Auswertung gespeicherten Daten erfolgt über eine Software automatisch.
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Vorteile der Erfindung:
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- 1. Durch die permanente Überwachung der Radsatzlagertemperatur
wird ein erheblich höheres Sicherheitsniveau
erreicht, als durch die bisherigen stationären Heißläuferortungsanlagen. Es erfolgt
eine sofortige Alarmmeldung, wenn eine Gefahrensituation erkannt
wird. Gegenmaßnahmen können sofort
eingeleitet werden und nicht erst beim Erreichen der nächsten Heißläuferortungsanlage.
Unfälle/Entgleisungen
durch Heißläufer werden
vermieden.
- 2. Durch das regelmäßige Abrufen
der gesammelten Daten und deren Auswertung in einem zentralen Server
ist es möglich,
einen Defekt frühzeitig zu
erkennen und das Fahrzeug der Instandhaltung zuzuführen, bevor
eine Betriebsstörung
verursacht wird. Dies führt
auch zu geringeren Schäden
an den Achsen der Fahrzeuge, da das Entstehen von Flachstellen vermieden
und Störungen
des Eisenbahnbetriebes verhindert werden.
- 3. Die auf dem jeweiligen Fahrzeug zu errichtende Radsatzüberwachungsanlage
kann mit handelsüblichen
Komponenten ausgeführt
werden. Aufwändige
und kostenintensive Spezialanfertigungen sind nicht notwendig. Durch
die Auswahl von energiesparenden Komponenten ist der Betrieb mit
Akkumulatoren und Solarzellen möglich.
Dadurch kann das beschriebene Verfahren auch auf Waggons ohne eigenes
Bordnetz eingesetzt werden.
- 4. Das beschriebene Verfahren ist sowohl für den Einsatz in neuen Fahrzeugen,
als auch für
eine Nachrüstung
an bestehenden Fahrzeugen geeignet, ohne das nennenswerte Änderungen
an der bestehenden Technik vorgenommen werden müssen.
- 5. Für
die Alarmmeldung und den Abruf der gesammelten Daten werden das
bestehende GSM oder GSM-R Netz genutzt. Aufwändige Neuentwicklungen von Übertragungsverfahren
oder Übertragungsprotokollen
sind nicht notwendig. Auf eine aufwändige und störanfällige Datenleitung
zwischen Waggon und Triebfahrzeug kann verzichtet werden. Auch ist
es nicht notwendig die einzelnen Fahrzeuge zu adressieren da mit
der verwendeten GSM/GSM-R
SIM-Karte bereits eine eindeutige Zuordnung der Daten zu einem Fahrzeug
gegeben ist.
- 6. Durch eine konsequente Beachtung der eisenbahntypischen Einsatzbedingungen
bei der Konstruktion und Installation der Anlage wird eine zuverlässige und
hohe Überwachungssicherheit
gewährleistet.
- 7. Durch die Nutzung des unteren Grenzwertes zur Erkennung möglicher
Sensor defekte und das vom Datenlogger gesendete Lebenszeichen ist eine
hohe Ausfallsicherheit gegeben.
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Ausführungsbeispiel
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Anhand
eines Ausführungsbeispieles
soll nachstehen die Erfindung näher
erläutert
werden.
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Dabei
zeigen:
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1:
schematische Darstellung der Anlage
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2:
Sensor in Vierdrahtschaltung
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Die
Vorrichtung zur Überwachung
der Radsatzlagertemperatur an Schienenfahrzeugen zur Vermeidung
von Heißläufer-Entgleisungen
ist derart aufgebaut, dass die Sensoren 1 an den nicht
dargestellten Schrauben der Lagerdeckel je Achse angeordnet sind
und über
einen am Drehgestell befestigten Verteilerkasten 2 und
Leitung 3 mit der einen Außentemperatursensor 4 aufweisenden
Messeinrichtung 5 verbunden sind.
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Die
Messeinrichtung 5 ist wiederum mit einem GSM-Modem 6 und
einer akustischen und/oder optischen Anzeige 7 gekoppelt
(1).
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Die
einzelnen Sensoren sind von der Spitze des Sensors 1 bis
zur Messeinrichtung durchgehend in Vierdrahttechnik ausgeführt.
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Der
temperaturabhängige
PTC-Widerstand 8 wird durch die Leitung 9 von
einem konstanten Messstrom durchflossen. Leitung 10 misst
dann den temperaturabhängigen
Spannungsabfall direkt am PTC-Widerstand 8 (2).
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Sensormontage/Sensorhalterung:
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Ziel
bei der Installation des Sensors ist es, die maximal im Radsatzlager
auftretende Temperatur zu ermitteln. Die Wärme entsteht logischerweise
am obersten Punkt des Radsatzlagers, da dort das Gewicht des Fahrzeuges
aufliegt und somit die höchste Reibung
auftritt. Der Sensor sollte daher möglichst dicht an diesen Punkt
herangeführt
werden.
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Die
beschriebene Montage in einer Sackbohrung der Lagerdeckelschraube
ist somit nicht die Ideallösung,
sondern nur sinnvoll, um technische Eingriffe in die Statik bestehender
Radsatzlager zu vermeiden (Nachrüstung
einer Radsatzüberwachungsanlage).
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Bei
neuen Fahrzeugen sollte daher unter Berücksichtigung der jeweiligen
Konstruktion versucht werden, den Sensor möglichst dicht an den Punkt
der Wärmeentstehung
zu positionieren. Hierzu sollte bei der Konstruktion des Radsatzlagergehäuses von vornherein
eine Sackbohrung an geeigneter Stelle zur Aufnahme des Sensors vorgesehen
werden.
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Ein
Einkleben des Sensors ist in diesem Fall wahrscheinlich auch nicht
sinnvoll. Es sollte ein schraubbarer Sensor gewählt werden, der dann in eine
Füllung
Wärmeleitpaste
eingebettet werden kann. Neben einer höheren Messgenauigkeit ermöglicht diese
Konstruktion auch ein einfacheres Auswechseln eines defekten Sensors.
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Drehzahl- und Geschwindigkeitsüberwachung
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Der
verwendete Datenlogger ermöglicht
neben dem Anschluss von Temperatursensoren auch den Anschluss diverser
anderer Sensoren, unter anderem von optischen Drehzahlgebern, der
auf Hell – Dunkelwechsel
reagiert. Durch Anbringen eines hellen Punktes, am besten an der
Innenseite der Radscheibe und Installation eines solchen Sensors über diesem
Punkt ist es möglich,
die annähernde
Drehzahl/Geschwindigkeit der Achse zu ermitteln.
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Diese
Daten ermöglichen
in Verbindung mit den Temperaturdaten eine erheblich genauere Bewertung
des Zustandes des jeweiligen Radsatzlagers. Außerdem ist es möglich, durch
Vergleichen der Achsdrehzahlen eines Fahrzeuges eine blockierte
Achse zu erkennen und durch einen Alarm das Entstehen von Flachstellen
und eine Entgleisung zu verhindern.
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Auf
der Basis der Drehzahldaten besteht außerdem die Möglichkeit,
die Aufzeichnung der Temperaturdaten in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
zu gestalten, um Speicherplatz zu sparen.
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Zum
Beispiel:
Seit 5 Min kein Drehzahlimpuls und alle Temperaturen
unter 35°C → Fahrzeug
steht; keine Aufzeichnung notwendig, da Daten irrelevant.
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Datenanalyse und Auswertung
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Grundsätzliche Überlegungen:
Bei der Nutzung der ermittelten Daten muss immer unterschieden werden
zwischen der Auswertung vor Ort zur sofortigen Erkennung einer Gefahrensituation
und der späteren
Analyse zur Planung einer regulären
oder einer zusätzlichen
vorbeugenden Wartung oder Instandsetzung.
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Auswertung vor Ort durch
den Datenlogger:
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Bei
der Auswertung vor Ort (Gefahrenerkennung) sind den Möglichkeiten
zur Datenanalyse durch den Datenlogger feste Grenzen gesetzt.
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Komplexe
Berechnungen von Temperaturverläufen
sind daher nicht möglich.
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Durch
das Schaffen von Grenz-, Mittel- und Vergleichswerten ist es jedoch
möglich,
akute Fehler zu erkennen und durch Alarmauslösung zu melden.
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Hier
bei sind drei mögliche
Fehlerszenarien zu unterscheiden:
- 1. Überschreitung
der zulässigen
Grenztemperatur auf Grund fortschreitenden Verschleißes der Lager,
Verbrauch des Schmiermittels oder Überlastung (Überladung).
Dieser Fehler würde
bei allen Lagern annähernd
gleichzeitig und gleichstark auftreten und wird durch Erreichen/Überschreiten der
eingestellten Maximaltemperatur bemerkt und gemeldet.
- 2. Defekt eines einzelnen Achslagers auf Grund von Verschleiß oder fehlerhafter
Montage. In diesem Fall verursacht das defekte Lager auch bei niedriger
Geschwindigkeit eine erheblich höhere Temperatur
als die anderen Lager des Fahrzeugs. Durch Vergleichen der Messwerte
der Lager kann ein solcher Fehler erkannt werden, bevor die maximale
Temperatur erreicht wird.
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Hierbei
sind die Temperaturdaten derselben Fahrzeugseite (da hier dieselbe
Sonneneinstrahlung vorliegt) und/oder der anderen Seite derselben
Achse (da hier dieselbe Belastung vorliegt) zum Vergleich heranzuziehen.
- 3. Ein Versagen der Schmierung verursacht eine plötzliche
Erwärmung,
die zu einem Schaden an einem Achslager führt. Das Schadensbild würde sich
wie beim Fall 2 darstellen und kann daher auf dieselbe
Weise erkannt und gemeldet werden.
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Wird
auf die oben erläuterte
Drehzahlüberwachung
verzichtet, bleibt eine Gefahr bestehen, dass trotz permanenter Überwachung
der Radsatzlagertemperaturen Entgleisungen durch defekte Radsatzlager
vorkommen.
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Dies
wäre zum
Beispiel der Fall, wenn es während
der Fahrt zu einem Versagen der Schmierung auf Grund eines defekten
Radsatzlagers kommt und die Alarmtemperatur auf Grund eines betriebsbedingten
Haltes nicht erreicht wird.
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Durch
die Wärmespannungen
und die fehlende Schmierung bleibt die Achse bei Weiterfahrt blockiert
und erwärmt
sich daher nicht wieder. Eine Entgleisung wäre nach kurzer Zeit die Folge.
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Dies
kann wie folgt verhindert werden:
Neben der Erfassung und Speicherung
der Daten der Messsensoren ist der Datenlogger in der Lage „virtuelle
Messwerte" zu erzeugen.
Zum Beispiel Durchschnittstemperatur rechtes Achslager Achse 2 in
den letzten 5 Minuten. Bei einem Versagen der Schmierung käme es zu
einem abnormalen steil ansteigenden Temperaturverlauf. Dieser kann
durch einen Vergleich des aktuellen Istwertes mit dem Durchschnittswert
(z.B. der letzten 5 Minuten) erkannt und für eine Alarmmeldung genutzt
werden, bevor der maximale Grenztemperaturwert erreicht wird.
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Um
die Parameter für
eine solche Auswertung festlegen zu können, wäre es jedoch zuvor erforderlich,
den Temperaturverlauf eines realen Heißläufers aufzuzeichnen und auszuwerten.
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Nachträgliche Auswertung der erfassten
Daten durch einen zentralen Server:
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Zunächst sollten
die gesammelten Daten einer Überprüfung nach
demselben Schema wie im Datenlogger unterzogen werden.
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Im
Ergebnis kann eventuell schon ein Lager erkannt werden, dass einer
genaueren Überprüfung unterzogen
werden muss. Die Grenzwerte sollten dabei jedoch strenger gesetzt
werden als die Parameter im Datenlogger. Des weiteren bietet sich
an, die in einem Zeitraum aufgetretenen Höchsttemperaturen zu überprüfen.
(Zum
Beispiel: die 10 Höchstwerte
eines Tages, einer Woche, eines Monats).
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Es
folgt ein Vergleich der Messwerte. Liegt eine Temperatur ständig leicht über den
anderen, ist dies ein Zeichen für
einen sich anbahnenden Defekt oder eine nicht sachgemäße Montage.
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Insbesondere
bei neuinstallierten Lagern kann so eine Überprüfung der Arbeiten nach der
Einlaufphase erfolgen. Wenn eine solche Abweichung erst nach einer
längeren
Betriebszeit auftritt, ist die Ursache vermutlich in einem Nachlassen
der Schmierung zu suchen.
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Ein
weiterer Ansatzpunkt ist die Steilheit der Erwärmungskurven. Wenn ein Lager
hierbei von den anderen abweicht, so ist ebenfalls eine genauere
Untersuchung zu empfehlen. Da das Erwärmungsverhalten durch die gleichzeitige
Kühlung
durch den Fahrtwind beeinflusst wird, müssen für diese Betrachtung auch die
Werte des Außentemperaturfühlers beachtet
werden.
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Danach
folgt ein Vergleich der vorherigen Werte bis zurück zur letzten Wartung bzw.
letztem Lagerwechsel. Hierbei sollte sich ein langsames, durch den
normalen Verschleiß bedingtes
Ansteigen der Werte zeigen. Durch eine Hochrechnung ist es möglich, den
Termin für
die nächste
Wartung oder Instandsetzung zu ermitteln bzw. eine Aussage zu treffen,
ob ein gefahrloses Betreiben bis zur nächsten Instandhaltung gegeben
ist.
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Stehen
zusätzlich
zu den Temperaturdaten, wie auch oben beschrieben, die jeweiligen
Achsdrehzahlen zur Verfügung,
kann für
jedes einzelne Lager die erzeugte Reibungsenergie/Wärmemenge
ermittelt werden. Setzt man diese Daten in eine grafische Darstellung
um, sollte sich die zunehmende Wärmeentwicklung
des Achslagers darstellen und die verbleibende Lebensdauer errechnen
lassen. Auf diese Weise müsste
sich das Versagen eines Lagers auf wenige Betriebsstunden genau
vorhersagen lassen.
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Für die zuvor
geschilderte Auswertung der gesammelten Daten wird es notwendig
sein, mit den ausgerüsteten
Fahrzeugen unter bestimmten definierten Betriebsbedingungen Messfahrten
zu unternehmen. Die Daten dieser Messfahrten müssen dann zur Festsetzung der
genauen Parameter der Auswertesoftware genutzt werden um entscheiden zu
können,
bis zu welchem Grenzwert ein Radsatzlager als in Ordnung betrachtet
werden kann und bei welcher Abweichung von welchem Normalwert, welche
Maßnahme
zu ergreifen ist.