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Weichen sind ein integraler Bestandteil des Schienennetzes einer eisenbahntechnischen Anlage. Da Weichen Einrichtungen mit mechanisch oder elektromagnetisch bewegten Teilen sind, die direkt überfahren werden, sind diese besonderen Belastungen ausgesetzt. Weichen haben einen wesentlichen Einfluss auf die Sicherheit des Schienennetzes und damit der eisenbahntechnischen Anlage, da Schienenfahrzeuge beim Überfahren der Weiche besonderen Risiken ausgesetzt sind. Diese Risiken ergeben sich beispielsweise aus den resultierenden Querkräften der beim Durchfahren der Weiche gewollten Richtungsänderung des Schienenfahrzeugs. Dabei spielt die ordnungsgemäße Funktion der Weiche eine entscheidende Rolle. Eine Fehlfunktion einer Weiche kann zu einer Fehlleitung des Schienenfahrzeugs und sogar zu einem Unfall führen. Ein solcher Unfall kann zu schwerwiegenden Schäden am Fahrzeug und schlimmstenfalls auch Personenschäden zur Folge haben, beispielsweise bei einer Entgleisung oder einem Frontalzusammenstoß zweier Fahrzeuge. Aus diesem Grund ist eine Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion von Weichen wünschenswert. Neben der außer Betriebsetzung der Fahrstrecke bei einer erkannten Funktionsstörung einer Weiche sollte idealerweise ein drohender Ausfall einer Weiche möglichst frühzeitig erkannt werden, um eine proaktive Wartung oder Reparatur zu einem günstigen Zeitpunkt mit möglichst geringen Auswirkungen auf die Verfügbarkeit der Strecke zu ermöglichen.
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Daher ist eine manuelle und visuelle Inspektion der Weichen in regelmäßigen Abständen üblich. Weiterhin sind Lösungen bekannt, in denen beispielsweise eine Messung der Leistungskurve von elektrisch betriebenen Weichen durchgeführt wird. Bei einer Abweichung von einer erwarteten Kennlinie wird auf eine mögliche Funktionsstörung geschlossen und entsprechende Maßnahmen eingeleitet. Beispielsweise kann in einem einfachen Fall eine durch mechanische Beanspruchung verformte Weichenmechanik in eine durch eine erhöhte Leistungsaufnahme erkennbare Schwergängigkeit münden. Moderne Systeme sind darüber hinaus in der Lage, mit Hilfe von computergestützten Systemen aus geringfügigen Änderungen der Leistungskennlinie weitreichende Schlüsse über den gegenwärtigen und den zu erwartenden Zustand der Weiche zu ziehen. Dennoch ist eine genaue Beurteilung bei dem Geflecht aus Ursache und Wirkung schwierig, da es sich um ein komplexes System aus mechanischen und elektrischen Komponenten handelt. Zusätzlich werden die Komponenten noch durch eine Vielzahl von Umweltfaktoren, wie beispielsweise Temperatur, Luftdruck und ähnliches beeinflusst und sind beim Durchfahren noch externen mechanischen Belastungen ausgesetzt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Weichendiagnose bereitzustellen, mit denen eine möglichst einfache und trotzdem verbesserte Weichendiagnose möglich ist.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Weichendiagnose unter Last gelöst, bei dem für ein Weichenzustand repräsentative Daten, insbesondere Sensordaten, während der Fahrt eines Fahrzeugs durch wenigstens eine Weiche fahrzeugseitig erfasst werden und bei dem der Weichenzustand der durchfahrenen Weiche aus den erfassten Daten ermittelt wird.
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Ferner wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Weichendiagnose unter Last gelöst, mit wenigstens einer Datenerfassungseinrichtung, die zum Erfassen von für einen Weichenzustand repräsentative Daten, insbesondere Sensordaten, ausgebildet ist, und mit wenigstens einer Auswerteeinrichtung, die zum Ermitteln eines Weichenzustands aus den erfassten Daten ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung zum Anbringen an einem handelsüblichen Fahrzeug ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass damit die Reaktion der Weiche unter Last, also beim Durchfahren eines Schienenfahrzeugs, erfasst werden kann. Der Zustand der Weiche unter Last ist besonders repräsentativ und ermöglicht eine bessere Weichendiagnose als in einem unbelasteten Zustand. Naturgemäß ist die Sicht auf die Weiche bei einer Durchfahrung von einem Schienenfahrzeug durch die Verdeckung des Schienenfahrzeugs stark eingeschränkt. Daher ist es ein Vorteil der Erfindung, dass die Daten fahrzeugseitig und damit ohne Verdeckung erfasst werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass für jedes Fahrzeug die Kenngrößen der Belastung (Geschwindigkeit, Masse, Achslasten, etc.) bekannt sind und gemeinsam mit den Sensordaten erfasst werden können. Wird ein und dieselbe Weiche von unterschiedlichen Fahrzeugen mit gleichen oder unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder von gleichen Fahrzeugen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten überfahren, ergeben sich damit Messwerte für unterschiedliche Belastungssituationen, womit noch weitreichendere Schlüsse über den Zustand der Weiche gewonnen werden können.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bereits mit wenigen entsprechend ausgerüsteten Fahrzeugen eine weitreichende Abdeckung des Schienennetzes erreicht werden kann, so dass weiträumig Sensordaten von Weichen erfasst werden können. Die Lösung ist damit kostengünstiger, als weiträumig alle betreffenden Weichen mit stationären Sensoren auszurüsten. Dabei werden häufig befahrene Weichen vorteilhafterweise auch entsprechend häufiger untersucht. Auch für wenig befahrene Strecken ist die Erfindung vorteilhaft. Hier ist eine stationäre Ausrüstung der Weichen mit Sensoren und somit eine konventionelle Überwachung besonders unrentabel, während bereits eine Durchfahrt mit einem erfindungsgemäß ausgerüsteten Fahrzeug für alle überfahrenen Weichen Analysen und Weichendiagnosen ermöglicht. Für sehr wenig befahrene oder weiträumige Strecken kann auch die Ausrüstung von Inspektionsfahrzeugen mit der erfindungsgemäßen Lösung vorteilhaft sein.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen weiter entwickelt werden, die im Folgenden beschrieben sind.
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So kann in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Position der durchfahrenen Weiche ermittelt und dem ermittelten Weichenzustand zugeordnet werden. Dies hat den Vorteil, dass aus der Position die diagnostizierte Weiche eindeutig identifiziert werden kann. Dadurch kann beispielsweise Wartungspersonal gezielt zu der Weiche geschickt werden. Die Position kann beispielsweise durch eine bereits im Fahrzeug vorhandene Odometrieeinrichtung oder mittels eines Satellitennavigationssystems, wie beispielsweise GPS, erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann es automatisch erkannt werden, wenn das Fahrzeug durch die Weiche fährt. Dies hat den Vorteil, dass keine Bedienereingabe oder ähnliches nötig ist, um das Durchfahren einer Weiche zu erkennen. Beispielsweise kann eine vorausschauende Kamera mit nachgeordneter Bildverarbeitung eine vor dem Fahrzeug liegende Weiche erkennen. Alternativ oder zusätzliche kann die Weichendurchfahrt auch anhand von charakteristischen Geräuschen, Schwingungen oder Bewegungen detektiert werden.
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Um den Weichenzustand besonders gut ermitteln zu können, können Bilder, Schwingungen und/oder Geräusche als für den Weichenzustand repräsentative Daten fahrzeugseitig beim Durchfahren der Weiche erfasst werden.
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Ferner können der ermittelte Weichenzustand und/oder die erfassten für den Weichenzustand repräsentativen Daten an wenigstens eine übergeordnete Zentrale übermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Weichenzustand von einer Vielzahl der Weichen oder von allen Weichen des Streckennetzes in der Zentrale gespeichert wird und gegebenenfalls nötige Wartungen von dort koordiniert werden. Wenn die repräsentativen Daten an die Zentrale übermittelt werden, kann der Weichenzustand daraus auch in der Zentrale ermittelt werden, um beispielsweise den fahrzeugseitig ermittelten Weichenzustand zu überprüfen oder die fahrzeugseitige Arbeit zu reduzieren. Weiterhin können in der Zentrale eine Vielzahl von Weichenzuständen mit dazugehörigen Positionen in wenigstens einem Übersichtsbild graphisch dargestellt werden. Diese visualisierte Darstellung der ermittelten Weichenzustände im Streckennetz der eisenbahntechnischen Anlage ermöglicht eine einfachere Informationserfassung für den Benutzer. Ferner können die Daten in der Zentrale der jeweiligen Weiche zugeordnet werden und in ihrer zeitlichen Entwicklung und ihrem Verhalten unter unterschiedlichen Belastungssituationen analysiert werden. Die Analyse kann dabei sowohl manuell als auch automatisiert durch maschinelle, computergestützte Analysesysteme erfolgen. Die fahrzeugseitige Erfassung der Sensordaten beinhaltet dabei vorteilhafterweise auch die Kenngrößen des Fahrzeuges während der Überfahrt (Geschwindigkeit, Masse, Achslasten, etc.), so dass in der Zentrale mit der Zeit Sensordaten unter unterschiedlichen Belastungssituationen verfügbar werden, welche noch weitreichendere und genauere Schlüsse über den Zustand der Weichen ermöglichen. Durch die Berücksichtigung der zeitlichen Entwicklung sind ferner genauere Prognosen über die zu erwartende Betriebsdauer, in der noch ein fehlerfreier Betrieb zu erwarten ist, möglich.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, zu ermitteln, wenn eine Weiche von dem Schienenfahrzeug durchfahren wird. Dies hat den oben bereits beschriebenen Vorteil, dass die Weichendiagnosevorrichtung nicht manuell aktiviert werden muss. Außerdem müssen so die Daten von der Datenerfassungseinrichtung nur erfasst werden, wenn auch wirklich eine Weichendurchfahrt erfolgt oder in Kürze ansteht.
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Ferner kann die Auswerteeinrichtung zum Zuordnen von Positionsdaten zu einem ermittelten Weichenzustand ausgebildet sein. Dies hat den ebenfalls oben bereits beschriebenen Vorteil, dass die diagnostizierte Weiche eindeutig anhand der Position identifiziert werden kann.
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Um die für den Weichenzustand repräsentativen Daten erfassen zu können, kann die Datenerfassungseinrichtung wenigstens eine Kamera, einen Schwingungssensor und/oder ein Mikrofon umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Datenerfassungseinrichtung zur Verbindung mit am Fahrzeug bereits standardmäßig befindlichen Sensoren, insbesondere einer Kamera, einem Schwingungssensor und/oder einem Mikrofon, ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass auch bereits am Fahrzeug vorhandene Sensoren für die erfindungsgemäße Weichendiagnose genutzt werden können. Beispielsweise sind an modernen Schienenfahrzeugen Außenkameras oder Schwingungssensoren in den Drehgestellen bereits vorhanden, die genutzt werden können. Mit einer Kamera kann dabei beispielsweise visuell die mechanische Reaktion der Weiche auf die Belastungssituation während der Weichendurchfahrt für eine anschließende manuelle oder computergestützte Analyse erfasst werden. Ferner können durch Mikrofone oder Schwingungssensoren an der Achse oder am Drehgestell die für eine Durchfahrt charakteristischen Geräusche oder Schwingungen oder eine eventuelle Abweichung davon erfasst und analysiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Datenerfassungseinrichtung zum Erfassen von Bilddaten und die Auswerteeinrichtung zur Bildverarbeitung der Bilddaten ausgebildet sein. Mittels Bildverarbeitung können Bilder der Weiche mit Bildern von bekannten Verschleißsituationen oder Mängeln erkannt werden.
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Um den Weichenzustand von einer Vielzahl von Weichen des Streckennetzes zu erfassen, kann die Vorrichtung wenigstens eine Kommunikationseinrichtung aufweisen, die zum Übermitteln des ermittelten Weichenzustands und/oder der erfassten für den Weichenzustand repräsentativen Daten an eine übergeordnete Zentrale ausgebildet ist. Die Daten können permanent übermittelt werden, wie beispielsweise über eine vorhandene Kommunikationsmöglichkeit des Fahrzeugs, wie beispielsweise GSM-R, WLAN oder ähnliches. Alternativ können die Daten auch gesammelt und an bestimmten Punkten, wie beispielsweise einem Bahnhof, an die Zentrale übermittelt werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schienenfahrzeug, insbesondere ein Schienentriebfahrzeug wie eine Lokomotive, zum Fahren auf einer mit Weichen versehenen Fahrstrecke, mit wenigstens einer Sensoreinheit, die zum Ermitteln von Daten während des Überfahrens einer Weiche ausgebildet ist. Für eine verbesserte Weichendiagnose ist das Schienenfahrzeug erfindungsgemäß mit wenigstens einer Vorrichtung zur Weichendiagnose nach einer der oben genannten Ausführungsformen ausgebildet.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch eine übergeordnete Zentrale einer eisenbahntechnischen Anlage, mit wenigstens einer Kommunikationseinrichtung, die zum Empfangen eines ermittelten Weichenzustands und/oder von für einen Weichenzustand repräsentativer Daten von wenigstens einer Vorrichtung zur Weichendiagnose nach einer der oben genannten Ausführungsformen ausgebildet ist, wobei die Zentrale zum grafischen Darstellen von einer Vielzahl von Weichenzuständen ausgebildet ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die eine beigefügte Zeichnung erläutert.
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Die einzige Figur zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Weichendiagnose.
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Die Figur zeigt einen Teil eines beispielhaften Schienenfahrzeugs 1, das hier ein Triebfahrzeug ist. Das Schienenfahrzeug 1 umfasst wenigstens ein Drehgestell 2 mit Rädern 3, die sich auf Schienen 4 bewegen. Der in der Figur dargestellte Schienenabschnitt befindet sich im Bereich einer Weiche 5. Das Drehgestell 2 ist mit einem Wagenkasten 6 des Fahrzeugs 1 verbunden. Weiterhin sind am Schienenfahrzeug 1 mehrere Sensoren 7 angeordnet.
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Bei der in der Figur dargestellten beispielhaften Ausführungsform sind diese Sensoren 7 ein in der Nähe einer Achse eines der Räder 3 angebrachter Schwingungssensor 8, ein am Drehgestell 2 angebrachter akustischer Sensor 9, eine unter dem Schienenfahrzeug 1 im Bereich des Drehgestells 2 angebrachte Kamera 10 und eine am Wagenkasten 6 vor oder hinter dem Drehgestell 2 angebrachter Sensor 11, der beispielsweise auch eine Kamera ist und zur Beobachtung der Weiche 5 vor oder/und nach der Durchfahrt des Schienenfahrzeugs 1 ausgebildet ist. Der Schwingungssensor 8 kann alternativ auch als ein akustischer Sensor, beispielsweise ein Mikrofon, ausgebildet sein. Wiederum kann der akustische Sensor 9, der beispielsweise auch ein Mikrofon sein kann, alternativ als ein Schwingungssensor ausgebildet sein.
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Ferner weist das Schienenfahrzeug 1 eine Datenerfassungseinrichtung 12 und eine Auswerteeinrichtung 13 auf. Die Datenerfassungseinrichtung 12 umfasst die Sensoren 7. Die Datenerfassungseinrichtung 12 ist wiederum mit der Auswerteeinrichtung 13 verbunden. Die Sensoren 7 der Datenerfassungseinrichtung 12 und die Auswerteeinrichtung 13 bilden gemeinsam eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 14 zur Weichendiagnose aus, deren Funktion im Folgenden beschrieben ist.
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Beim Fahren des Schienenfahrzeugs 1 durch die Weiche 5 erfassen die Sensoren 7 der Datenerfassungseinrichtung 12 verschiedene für einen Zustand der Weiche 5 repräsentative Daten, wie beispielsweise Bilddaten, Schwingungen, Geräusche oder Bewegungen. Der Schwingungssensor 8 nimmt beispielsweise Schwingungen auf, die bei der Fahrt durch die Weiche 5 im Bereich der Räder 3 und deren Achsen (nicht dargestellt) entstehen. Der akustische Sensor 9 wiederum ermittelt Geräusche, die beim Durchfahren der Weiche 5 am Drehgestell 2 auftreten. Die Kamera 10, die unter dem Wagenkasten 6 im Bereich des Drehgestells 2 angeordnet ist, kann die Weiche 5 verdeckungsfrei filmen, während die Weiche 5 unter der Belastung des Drehgestells 2 durchfahren wird. Der Sensor 11 schließlich, der beispielsweise ebenfalls als eine Kamera ausgebildet ist, kann die Weiche 5 vor oder nach der Durchfahrt des Drehgestells 2 aufnehmen, wenn keine Belastung der Weiche 5 vorliegt. Die ermittelten Daten des Sensors 11 bieten somit eine Vergleichsmöglichkeit zu den Daten der Kamera 10, die die Weiche 5 unter Last filmt. Weiterhin kann der Sensor 11 eine sich nähernde Weiche 5 erkennen und beispielsweise die Vorrichtung 14 zur Weichendiagnose aktivieren.
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Das Schienenfahrzeug 1 umfasst weiterhin eine Odometrieeinrichtung 15, die jederzeit die Position des Schienenfahrzeugs 1 bestimmt und diese an die Auswerteeinrichtung 13 übermitteln kann. Die Odometrieeinrichtung 15 ist in an sich bekannter Weise ausgebildet und kann auch einen GPS-Sensor umfassen.
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In der Auswerteeinrichtung 13 werden die von den Sensoren 7 erfassten und für einen Weichenzustand repräsentativen Daten ausgewertet und dabei ein Weichenzustand der durchfahrenen Weiche 5 ermittelt.
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Durch die von der Odometrieeinrichtung 15 gelieferten Positionsdaten kann die Auswerteeinrichtung 13 die Position der durchfahrenen Weiche 5 feststellen und ordnet sie dem ermittelten Weichenzustand zu. So ist eindeutig feststellbar, von welcher Weiche einer eisenbahntechnischen Anlage (nicht dargestellt) der Zustand ermittelt wurde. Die ermittelten Weichenzustände aller Weichen 5, die das Schienenfahrzeug 1 durchfährt auf seiner Fahrt, können in der Auswerteeinrichtung 13 gespeichert werden. Sie werden über eine Kommunikationseinrichtung 16 des Fahrzeugs 1 an eine übergeordnete Zentrale 17 der eisenbahntechnischen Anlage übermittelt. Die Kommunikationsverbindung 18 zwischen der Kommunikationseinrichtung 16 und der übergeordneten Zentrale 17 ist vorteilhafterweise drahtlos, beispielsweise über GSM-R oder WLAN realisiert.
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In der übergeordneten Zentrale 17 werden die von mehreren Schienenfahrzeugen 1 ermittelten Weichenzustände der eisenbahntechnischen Anlage gesammelt und in einem Übersichtsbild grafisch dargestellt. Das Übersichtsbild enthält beispielsweise eine Karte des Schienennetzes der eisenbahntechnischen Anlage mit sämtlichen Weichen 5. In diese Darstellung kann zu jeder Weiche 5 der ermittelte Weichenzustand dargestellt werden. Dies ist für einen Bediener in der Zentrale 17 leicht zu erfassen und es können gezielt nötige Wartungsmaßnahmen an den Weichen 5 koordiniert werden.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß der Zustand der Weiche 5 fahrzeugseitig ermittelt wird, wird hierbei die Weiche 5 unter Last geprüft. Die Reaktion der Weiche unter Last ist von besonderem Interesse, weil unter Last ein Verschleiß oder Defekt der Weiche 5 besonders gut detektierbar ist. Durch die Sensoren 7 können für die Durchfahrung charakteristische Geräusche und/oder Schwingungen an der Achse der Räder 3 oder am Drehgestell 2 oder eine eventuelle Abweichung davon ermittelt und analysiert werden. Da die Vorrichtung 14 an einem handelsüblichen Schienenfahrzeug 1 angebracht ist, sind zumindest einige der Sensoren 7 bereits standardmäßig vorhanden und können für die erfindungsgemäße Vorrichtung 14 zur Weichendiagnose genutzt werden.
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Alternativ zum oben beschriebenen Verfahren können die ermittelten Daten selbstverständlich auch unausgewertet an die Zentrale 17 übermittelt werden und erst dort ausgewertet werden. Durch eine Erfassung der Positionsdaten zum Zeitpunkt der Datenerfassung können der Weichenzustand und/oder die Daten einer konkreten Weiche 5 zugeordnet werden. Dabei kann es erforderlich sein, zusätzliche Daten, wie beispielsweise Daten vom Stellwerk, welche Streckenführung dem Fahrzeug 1 tatsächlich zugeordnet war, oder beispielsweise Differential GPS oder Fahrpläne, wenn beispielsweise keine Stellwerke vorhanden sind, wie beispielsweise bei Straßenbahnen, zu verwenden, um bei mehreren zur Wahl stehenden Weichen 5 diese genau identifizieren zu können.
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Die erfindungsgemäße Lösung gestattet die Erfassung von Daten überfahrender Weichen 5 von auf dem Schienenfahrzeug 1 angebrachten Sensoren 7. Auf diese Weise können bei bereits mit Sensoren ausgestatteten Weichen 5 zusätzliche Informationen über den Zustand der Weiche 5 gewonnen werden. Ferner können erstmalig auch für Weichen 5, welche nicht mit stationärer Sensorik ausgerüstet sind, Daten erfasst und der Weichenzustand ermittelt werden. Erfindungsgemäß kann mit geringem Aufwand auch nur mit wenigen erfindungsgemäß ausgerüsteten Schienenfahrzeugen 1 für einen großen Anteil aller Weichen der eisenbahntechnischen Anlage Weichenzustände ermittelt werden. Die so ausgestatteten Schienenfahrzeuge 1 ermitteln die Daten nicht auf Sonderfahrten, sondern während des ganz normalen Fahrbetriebs. Dadurch entstehen keine Kosten für Sonderfahrten.
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Durch die Sensoren 7 im Bereich der Drehgestelle 2 und Räder 3 wird durch den mechanischen Kontakt über Rad und Achse eine Erfassung von bei der Durchfahrung der Weiche 5 verursachten Schwingungen und Geräuschen möglich und es ergibt sich dabei automatisch eine direkte Erfassung von Daten der Weiche 5 in einer Belastungssituation. Durch die fahrzeugseitige Sensorik ist ein guter Einblick in die Weiche 5 während der Überfahrt gewährleistet, was ein Vorteil gegenüber streckenseitiger Sensorik ist. Durch die Ausrüstung unterschiedlicher Fahrzeuge und der Berücksichtigung der in Bezug auf die Weichenbelastung relevanten Parameter der Schienenfahrzeuge, wie beispielsweise Gewicht, Abstand, Achsanzahl, Achslasten, Radmaterial mit/ohne Reifen, ist eine Auswertung für unterschiedliche Belastungssituationen und damit eine noch genauere Beurteilung des Weichenzustands möglich.
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Durch die automatische Erfassung der Daten durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 14 und der Zusammenführung der Daten in der Auswerteeinrichtung 13 kann die Analyse vollautomatisch erfolgen. Die Sensordaten werden sozusagen fusioniert. Durch die Erfindung können korrektive und vorbeugende Wartungsmaßnahmen an den Weichen 5 besser und mit geringeren Auswirkungen auf die Verfügbarkeit der Weichen 5 planbar und durchführbar gemacht werden.
