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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißwertes eines Schienenfahrzeuges. Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung hierzu.
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Ein charakteristisches Merkmal des Systems Eisenbahn ist der Stahl-Stahl-Kontakt zwischen den Eisenbahnrädern des Schienenfahrzeuges und der Gleise, die darüber hinaus die exakte Spurführung des Schienenfahrzeuges vorgeben und die Eisenbahnräder daher derart ausgebildet sein müssen, dass sie auch bei auf das Schienenfahrzeug einwirkenden Querkräften in der Gleisspur verbleiben und dieser folgen.
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Aufgrund des nahezu ungedämpften Kontaktes zwischen dem Stahlrad eines Schienenfahrzeuges und der Stahlschiene sowie dem großen Eigengewicht, welches ein Schienenfahrzeug aufbringt, unterliegen die Komponenten und Bauteile, die an dem System Eisenbahn beteiligt sind, grundsätzlich sehr hohen Belastungen, die mit einem erhöhten Verschleiß einhergehen. Daher müssen alle diese Komponenten und Bauteile in regelmäßigen Abständen intensiven Wartungen unterzogen werden, um verschleißbedingte Beeinträchtigungen oder Fehlstellen sowohl an dem Schienenfahrzeug als auch an dem Gleisbett erkennen und beheben zu können. Anderenfalls drohen schwere Unfälle, da die kinetische Energie eines Schienenfahrzeuges deutlich über der von anderen Transportsystemen liegt.
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So ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 058 244 A1 ein System sowie ein Verfahren zur Analyse des Fahrwerkzustandes von Schienenfahrzeugen bekannt, bei dem unter den Schienen einer Schienenmessstrecke Kraftmessvorrichtungen zur Erfassung der Kräfte und/oder Momente angeordnet sind. Ferner umfasst das System eine Anzahl von Schallmessvorrichtungen, mit denen Schallwellen erfasst werden, die beim Überfahren der Messstrecke durch das Schienenfahrzeug entstehen. Durch das Messen der entstehenden Kräfte sowie der Korrelation der dabei aufgezeichneten Schallwellen lässt sich nicht nur ein Lagerschaden beziehungsweise Fehlstellen in dem Eisenbahnrad erkennen, sondern auch die korrekte Position ermitteln.
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Allerdings weist diese Vorrichtung konstruktionsbedingte Nachteile auf, nämlich dass sie mit erheblichen Installations- und Wartungskosten verbunden ist. Denn zum einen müssen Kraftmesseinrichtungen unter der Schienenstrecke installiert werden, zum anderen müssen entsprechende Schallmesserfassungssensoren in der näheren Umgebung der Schiene angeordnet werden, so dass diese den rauen Witterungsbedingungen im Einsatzgebiet ausgeliefert sind. Zwar wird ein sehr genaues Ergebnis des Fahrwerkzustandes ermittelt, was jedoch mit erheblichen Kosten verbunden ist.
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Des Weiteren gibt es derzeit Überlegungen, ein sogenanntes verschleißabhängiges Trassenpreissystem einzuführen. Da mittlerweile auch im Eisenbahn-Transportsystem ein Wettbewerb verschiedener Unternehmen zulässig ist, wird für die Nutzung der Gleise und somit des stehenden Gutes von dem Eigentümer ein Entgelt erhoben. Der Eigentümer ist auf der anderen Seite allerdings auch für verschleißbedingte Abnutzungserscheinungen an dem stehenden Gut beziehungsweise dem Gleiskörper verantwortlich, so dass durch die Nutzung einer Trasse Folgekosten für den Eigentümer entstehen.
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Wird eine Trasse nun von einem Schienenfahrzeug, welches grundsätzlich in einem schlechten Zustand ist und einen sehr hohen Verschleißwert hat, wiederholt Befahren, so ist der Verschleiß und die Zustandsverschlechterung des Gleiskörpers beziehungsweise Oberbaus der Trasse über die Laufzeit höher, als wenn die Trasse nur von Schienenfahrzeugen befahren werden würde, die sich in einem einwandfreien Zustand befinden. Der Eigentümer der Trasse und somit letztendlich der Verantwortliche für den entsprechenden Oberbau hat daher ein Interesse daran, dass Schienenfahrzeuge, die schlechte Zustandsparameter aufweisen und damit einen höheren Abnutzungsbeitrag leisten, einen höheren Trassenpreis für die Benutzung zahlen.
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Allerdings darf die Ermittlung des Verschleißwertes beziehungsweise der Zustandsparameter des Schienenfahrzeuges nicht allzu viel Ressourcen kosten, da ansonsten ein verschleißabhängiges Trassenpreissystem ineffizient wird. Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme sind hierfür zu aufwendig und zu teuer in der Installation, als dass sie den Einsatz für ein verschleißabhängiges Trassenpreissystem rechtfertigen würden.
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Aufgabe
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der schnell und effizient der Verschleißwert beziehungsweise Funktionszustand eines Schienenfahrzeuges annähernd ermittelt und abgeschätzt werden kann.
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Lösung
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit dem eingangs genannten Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißwertes eines Schienenfahrzeuges mit den Schritten:
- – Erzeugen mindestens eines Eisenbahnrad-Abdruckprofils zumindest eines Eisenbahnrades des Schienenfahrzeuges mittels eines abdruckfähigen Materials, welches nach Krafteinwirkung ein Abdruckprofil des Kraft einwirkenden Elements erzeugt, und
- – Ermitteln eines Verschleißwertes des Schienenfahrzeuges in Abhängigkeit von dem mindestens einen Eisenbahnrad-Abdruckprofil.
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Durch den Einsatz eines abdruckfähigen Materials, mit dem ein Abdruckprofil eines Eisenbahnrades erzeugt werden kann, lässt sich schnell und effizient feststellen, ob das Schienenrad beispielsweise ein ungleiches Umlaufverhalten oder Fehlstellen auf den Ablaufflächen aufweist. Anhand des Abdruckprofils, dass das Eisenbahnrad auf dem abdruckfähigen Material hinterlässt, lässt sich somit schnell und effizient näherungsweise ein Verschleißwert ermitteln, der vielleicht bei der Instandhaltung als Messergebnis zu ungenau wäre, für ein verschleißabhängiges Trassenpreissystem jedoch ausreicht, um dieses auch effektiv nutzen zu können.
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Der Verschleißwert eines Schienenfahrzeuges kann beispielsweise zum Bestimmen des Verschleißbetrages und/oder eines Verschleißeintrages des Schienenfahrzeuges an der Eisenbahnschiene verwendet werden.
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Besonders vorteilhaft dabei ist es, wenn das abdruckfähige Material auf dem Schienenkopf mindestens eines Schienenstranges derart positioniert wird, dass ein Schienenrad beim Überfahren des abdruckfähigen Materials auf diesem vollständig abrollt. Während der Überfahrt des Schienenfahrzeuges über das abdruckfähige Material wird somit ein vollständiges Abdruckprofil des Eisenbahnrades auf dem abdruckfähigen Material erzeugt, woraus sich dann erfindungsgemäß der Verschleißwert ermitteln lässt. Der Verschleißwert kann beispielsweise eine Prozentzahl sein, die angibt, in welchem Zustand sich das Fahrwerk des betreffenden Schienenfahrzeuges befindet. Es sind aber auch diskrete Abstufungen, wie beispielsweise Schulnoten, denkbar, die dann beispielsweise einem verschleißabhängigen Trassenpreissystem zugrunde gelegt werden. Je schlechter dabei die Note, desto schlechter ist der Fahrwerkszustand des Fahrzeuges und desto mehr muss der Benutzer zahlen.
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Um eine vollautomatische Erkennung zu ermöglichen, ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn nach Erzeugung des Eisenbahnrad-Abdruckprofils das abdruckfähige Material einer Sensorvorrichtung zugeführt wird, die dann durch Scannen des Abdruckprofils den Verschleißwert anhand des gescannten Abdruckprofils ermittelt. So kann die Sensorvorrichtung beispielsweise einen Bild gebenden Sensor aufweisen, mit dem das Abdruckprofil in ein digitales Bild gescannt wird, anhand dessen sich dann beispielsweise Unebenheiten in der Ablauffläche oder Unwuchten im Radlager sowie Fehlstellen in dem Eisenbahnrad ermitteln lassen. Durch ein gleichmäßiges Abdruckprofil lässt sich auf der anderen Seite jedoch auch feststellen, dass das Fahrwerk beziehungsweise auch die Eisenbahnräder sich in einem einwandfreien Zustand befinden und somit einen dementsprechenden Verschleißwert erhalten.
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Denkbar ist auch, dass das Abdruckprofil mit Hilfe eines Radarsensors eingescannt wird, wenn das Abdruckprofil durch Materialverformung des abdruckfähigen Materials erzeugt wurde. So lässt sich ein dreidimensionales Profil einscannen, aus dem dann ebenfalls der entsprechende Verschleißwert beispielsweise durch eine Korrelation mit dem Fahrwerkszustand ermittelbar ist. Hierfür ist im Übrigen auch ein Ultraschallsensor denkbar.
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Das abdruckfähige Material kann beispielsweise ein Material sein, mit dem sich durch Materialverformung das Eisenbahnrad-Abdruckprofil ermitteln lässt. Es entsteht dann nach der Überfahrt durch das Schienenfahrzeug ein dreidimensionales Abdruckprofil, aus dem sich dann Rückschlüsse auf den Radzustand beziehungsweise Fahrwerkszustand herleiten lassen. Alternativ kann das abdruckfähige Material auch dergestalt sein, dass sich das Abdruckprofil mittels eines Durchschlages erzeugen lässt, ähnlich wie das bei dem sogenannten Durchschlag- oder Blaupapier Anwendung findet. Die bei der Überfahrt über das abdruckfähige Material einwirkende Kraft auf das Material führt dabei zu einem Durchschlag auf ein darunter angeordnetes und den Durchschlag aufnehmendes Material, so dass beispielsweise bei einer ungleichmäßigen Verteilung des Durchschlages auf Unwuchten oder Fehlstellungen geschlossen werden kann. Denkbar ist aber auch, dass das abdruckfähige Material ein Abdruckprofil mittels Materialabtrag erzeugt. So kann an den Stellen, bei denen besonders hohe Kräfte auftreten, ein besonders großer Materialabtrag festgestellt werden, so dass bei einem ungleichmäßigen Abtrag innerhalb des Andruckprofils auf einen erhöhten Verschleiß geschlossen wird. Ein solches abdruckfähiges Material kann beispielsweise auch wieder ähnlich zu dem Durchschlag- beziehungsweise Blaupapier sein, wobei nun nicht das Abdruckprofil durch einen Durchschlag erzeugt wird, sondern durch die Abnutzung des Blaupapiers an der oberen Eisenbahnrad-Kontaktfläche.
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Die Aufgabe wird im Übrigen auch gelöst mit der eingangs genannten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Verschleißwertes eines Schienenfahrzeuges mit einer Positionierungseinrichtung, die zum Positionieren eines abdruckfähigen Materials, welches nach Krafteinwirkung ein Abdruckprofil des Kraft einwirkenden Elementes erzeugt, auf dem Schienenkopf mindestens eines Schienenstranges zur Erzeugung eines Eisenbahnrad-Abdruckprofils durch Überfahren des auf den Schienenkopf positionierten abdruckfähigen Materials mit dem Schienenfahrzeug und einer Sensorvorrichtung, der nach Erzeugung des Eisenbahnrad-Abdruckprofils das abdruckfähige Material zuführbar ist und die zum Scannen des Abdruckprofils eingerichtet ist, wobei eine mit der Sensorvorrichtung verbundene Auswerteeinheit zum Ermitteln des Verschleißwertes in Abhängigkeit von einem Scannergebnis des Scans eingerichtet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 – beispielhaft dargestellte Positionierung des abdruckfähigen Materials;
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2 – schematische Darstellung der Vorrichtung, angeordnet in einem Gleisbett.
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1 zeigt einen Querschnitt durch einen Schienenkopf 1 einer Schiene 2. Auf dem Schienenkopf 1 befindet sich ein Eisenbahnrad 3, das mit seiner Lauffläche 4 auf dem Schienenkopf 1 abrollt. Mit Hilfe des an dem Eisenbahnrad 3 angeordneten Spurkranzes 5 wird sichergestellt, dass das Eisenbahnrad 3 der Spur folgt, die durch die Schiene 2 vorgegeben wird.
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Erfindungsgemäß wird nun zwischen der Ablauffläche 4 des Eisenbahnrades 3 und dem Schienenkopf 1 ein abdruckfähiges Material 6 positioniert, so dass das Eisenbahnrad 3 während der Überfahrt über das abdruckfähige Material 6 mit seiner gesamten Lauffläche 4 darauf abrollt. Vorteilhafterweise wird das abdruckfähige Material an der Seite, wo der Spurkranz 5 sich befindet, abgewinkelt, so dass auch ein Abdruckprofil des Spurkranzes 5 während der Überfahrt mit erzeugt wird.
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Das abdruckfähige Material 6 kann beispielsweise ein dünnes reisfestes Material sein, das ähnlich wie Blaupapier mit einer entsprechenden Beschichtung versehen ist. Rollt das Eisenbahnrad 3 nun mit seiner Lauffläche 4 über das Material 6 ab, so kann anhand des Abriebes auf dem abdruckfähigen Material 6 Rückschlüsse auf den Rad- beziehungsweise Fahrwerkzustand des Schienenfahrzeuges geschlossen werden.
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Ist das Eisenbahnrad 3 beispielsweise ungleichmäßig auf den Laufflächen 4 abgefahren, so entsteht auch eine ungleichmäßige Belastung des Schienenkopfes 1 durch die Lauffläche 4, was zu einem erhöhten Abtrag auf dem abdruckfähigen Material 6 führt. Mit Hilfe einer Sensorvorrichtung, die beispielsweise eine Videokamera enthält, kann dann dieser Abtrag aufgenommen und automatisiert ausgewertet werden, so dass sich daraus der Verschleißwert ermitteln lässt.
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Denkbar ist aber auch, dass das abdruckfähige Material aus zwei Lagen besteht, wobei bei Krafteinwirkung auf die obere Materialschicht ein Durchschlag auf die darunter liegende Materialschicht erfolgt, sowie dies beispielhaft von Blaupapier oder Durchschlagspapier bekannt ist. Weist die Lauffläche 4 des Eisenbahnrades 3 beispielsweise Unregelmäßigkeiten auf oder ist sie ungleichmäßig verschlissen, so führt dies beim Abrollen über das abdruckfähige Material zu hohen Kraftspitzen, die dann auf der unterliegenden Materialschicht des abdruckfähigen Materials 6 als Durchschlag sichtbar werden. Anhand des so erstellten Abdruckprofils der gesamten Lauffläche des Eisenbahnrades 3 lässt sich dann feststellen, wie groß der Verschleiß beziehungsweise der Verschleißwert tatsächlich ist.
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2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 7, mit der automatisch der Verschleißwert eines Schienenfahrzeuges ermittelt werden kann. Dazu ist die Vorrichtung 7 mittig in dem Gleisbett angeordnet und weist jeweils zu den einzelnen Schienensträngen 2 eine Positionierungseinrichtung 8 auf, mit der das abdruckfähige Material 6 auf dem Schienenkopf des Schienenstranges 2 positioniert wird.
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Nach der Überfahrt des Schienenfahrzeuges über das abdruckfähige Material 6 wird die Positionierungseinrichtung 8 in Richtung der mittig angeordneten Vorrichtung 7 eingefahren, so dass das abdruckfähige Material 8, welches nun das Abdruckprofil des Eisenbahnrades enthält, einer innerhalb der Vorrichtung 7 angeordneten Sensorvorrichtung zugeführt wird. Die Sensorvorrichtung (nicht gezeigt) scannt die beiden Abdruckprofile des linken und rechten Schienenstranges und schickt das Scannergebnis an eine Auswerteeinheit 9, die dann anhand des Scannergebnisses den Verschleißwert des Schienenfahrzeuges ermittelt.
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Neben dem Erkennen von Unregelmäßigkeiten innerhalb des Abdruckprofils lässt sich auch mit Hilfe von Templates oder Pattern arbeiten, so dass das Scannergebnis mit entsprechend vordefinierten Abdruckprofilen verglichen wird. Anhand eines derartigen Vergleiches lässt sich dann der Verschleißwert ermitteln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008058244 A1 [0004]
