DE102020205735A1

DE102020205735A1 - Ermitteln von Aufhängungsfehlfunktionen bei einem Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102020205735A1
Application number: DE102020205735.4A
Authority: DE
Inventors: Werner Cepak
Original assignee: Bombardier Transportation GmbH
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2021-05-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (12), eine Verwendung und ein Verfahren zum Ermitteln einer Aufhängungsfehlfunktion bei einem Schienenfahrzeug. Wenigstens ein Antrieb (12) mit einem Traktionsmotor (24) ist im Schienenfahrzeug über eine Aufhängung (28) gelagert. Das Verfahren weist auf:- Erfassen eines Drehzahlverlaufs des Traktionsmotors (24) bei einem Lastwechsel;- Ermitteln auf Basis des Drehzahlverlaufs, ob eine Fehlfunktion der Aufhängung (28) des Antriebs (24) vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Verwendung und eine Anordnung zum Ermitteln von Aufhängungsfehlfunktionen bei einem Schienenfahrzeug.
Es ist bekannt, bei Schienenfahrzeugen, insbesondere bei Triebwagen oder Lokomotiven, Antriebe am Schienenfahrzeug über Aufhängungen zu lagern. Insbesondere können die Antriebe in einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs gelagert sein bzw. über die Aufhängungen mit dem Drehgestell gekoppelt sein. Die Antriebe können dazu eingerichtet sein, die im Drehgestell aufgenommenen Räder anzutreiben und insbesondere eine Radsatzwelle anzutreiben.
Unter einem Antrieb kann eine Kombination aus einem Traktionsmotor (genauer gesagt einem Elektromotor) und einem Getriebe verstanden. Das Getriebe umfasst typischerweise ein mit einer Radsatzwelle drehstarr gekoppeltes Zahnrad (insbesondere ein sogenanntes Großrad). Ferner umfasst es typischerweise ein drehstarr mit der Ausgangswelle des Traktionsmotors gekoppeltes Ritzel, das mit dem erstgenannten Zahnrad in Eingriff steht. Das Getriebe kann ein Getriebegehäuse umfassen. In diesem können die Zahnräder angeordnet sein und kann bevorzugt die Ausgangswelle des Traktionsmotors hineinragen oder kann die Ausgangswelle des Traktionsmotors über eine drehstarre Kupplung mit dem Ritzel verbunden sein.
Die Aufhängung der Antriebe kann dazu eingerichtet sein, die Gewichtskraft insbesondere des Traktionsmotors (im Folgenden auch lediglich als Motor bezeichnet), aber auch dynamische Kräfte durch Bewegungen des Schienenfahrzeugs und Stöße während des Betriebes aufzunehmen. Ferner kann die Aufhängung den Traktionsmotor bzw. den Antrieb zur Erzeugung des Drehmomentes abstützen.
Alternativ zu einer Aufhängung des Antriebes am Drehgestell kommt eine Aufhängung am Wagenkasten des Schienenfahrzeugs oder an Bauteilen infrage, die mit dem Drehgestell und/oder dem Wagenkasten verbunden sind.
Die hierin offenbarte Lösung ist nicht auf eine spezifische Form von Aufhängung beschränkt. Sie kann aber eine Aufhängung gemäß jeglicher der vorstehenden Alternativen aufweisen.
Die Aufhängung der Antriebe umfasst in der Regel lösbare mechanische Befestigungselemente, wie zum Beispiel Schraubbolzen. Hierüber kann eine Befestigung eines Antriebs an zum Beispiel den Trägern eines Drehgestells erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann eine sogenannte Drehmomentstütze vorgesehen sein, die ebenfalls befestigend wirkt. Es besteht das Risiko, dass zum Beispiel infolge von Wartungsarbeiten diese Befestigungen nicht mit der notwendigen Sorgfalt wiederhergestellt werden und/oder dass sich diese Befestigungen allgemein während der Betriebsdauer lösen. Dies sind Beispiele für Fehlfunktionen der Aufhängung, wobei derartige Fehlfunktionen allgemein jegliches Versagen der Aufhängung umfassen können, in deren Folge ein sicheres Abstützen eines Antriebs im Schienenfahrzeug über die Aufhängung nicht mehr erfolgt.
Um ein vollständiges Lösen der Antriebe vom Drehgestell bei einer Aufhängungsfehlfunktion zu vermeiden, sind sogenannte Sicherheitsfänge vorgesehen. Hierbei handelt es sich in der Regel um starre Anschläge, an denen der Antrieb infolge einer sich lösenden Befestigung anschlagen und somit gegen ein Herausfallen aus dem Drehgestell gehalten werden kann. Insbesondere kann hierdurch ein Herausfallen nach vertikal unten verhindert werden.
Die Sicherheitsfänge weisen bei korrekter Funktion der Aufhängung einen Abstand (d. h. ein Spiel) zum Antrieb auf. Auf diese Weise wirken sie sich nicht auf die Steifigkeit der funktionsfähigen Aufhängung aus. Erst im Fall einer Fehlfunktion der Aufhängung kann dieses Spiel überbrückt werden, zum Beispiel durch entsprechendes Verrutschen, Verkippen und/oder Absinken des Antriebs und insbesondere des Motors. Daraufhin kann der Antrieb in Anlage mit dem Sicherheitsfang gelangen.
Bisher wird im Rahmen von Wartungsintervallen überprüft, ob eine Fehlfunktion vorliegt und der Sicherheitsfang in Anlage mit dem Antrieb steht. Ist dies der Fall, sind umfassende Reparatur- und Austauschmaßnahmen erforderlich. Beispielsweise ist die Belastbarkeit und genauer gesagt Ermüdungsfestigkeit des Sicherheitsfangs begrenzt. Aus Sicherheitsgründen wird dieser daher stets ausgetauscht, wenn festgestellt wird, dass er den Antrieb stützt bzw. kontaktiert. Dies erhöht die Wartungskosten und verlängert die Ausfalldauer eines Schienenfahrzeugs. Aufgrund der begrenzten Ermüdungsfestigkeit sind auch entsprechend enge Wartungsintervalle erforderlich, um einem mechanischen Versagen des Sicherheitsfangs zuvorzukommen.
Es stellt sich daher die Aufgabe, den Wartungsaufwand eines Schienenfahrzeugs zu reduzieren und allgemein dessen Verfügbarkeit zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es versteht sich, dass sämtliche der vorstehenden Ausführungen und Aspekte auch für die hierin offenbarte Lösung gelten bzw. bei dieser vorgesehen sein können.
Allgemein wird vorliegend eine Lösung bereitgestellt, um Fehlfunktionen eine Aufhängung nicht nur zeitverzögert im Rahmen von Wartungsarbeiten zu detektieren, sondern bevorzugt bereits im laufenden Betrieb des Schienenfahrzeugs. Wurde die Fehlfunktion detektiert, können dann mit geringer Zeitverzögerung erforderliche Reparaturen durchgeführt werden. Aufgrund der begrenzten Dauer bis zu einer Reparatur, kann diese aber weniger umfassend ausfallen als bisher. Insbesondere müssen Sicherheitsfänge oder damit verbundene Komponenten nicht stets zwingend ausgetauscht werden, da diese nachweisbar über lediglich begrenzte Zeitdauern zwischen einer Detektion der Fehlfunktion und Durchführung der Reparatur belastet wurden.
Auf diese Weise können die anfallenden Reparaturkosten und Ausfalldauern reduziert werden. Ebenso wird ermöglicht, Wartungszyklen zu verlängern und den Umfang der Wartungsarbeiten zu begrenzen, da eine Möglichkeit bereitsteht, um AufhängungsFehlfunktionen bevorzugt in Echtzeit zu detektieren.
Insbesondere wurde erfindungsgemäß erkannt, dass bei einer Fehlfunktion der Aufhängung ein Bewegungsspielraum für den Antrieb und insbesondere den Traktionsmotor entsteht. Dieser kann insbesondere das vorstehend geschilderte Spiel zwischen Antrieb und Sicherheitsfang umfassen. Der Traktionsmotor steht über das Getriebe jedoch weiterhin in einer kraftübertragenden Verbindung mit der Radsatzwelle und somit mit den Schienen. Anders ausgedrückt stützt sich der Traktionsmotor mittelbar an den Schienen ab.
Erzeugt der Traktionsmotor ein Drehmoment, führt dies dazu, dass sich der Antrieb innerhalb des erwähnten Bewegungsspielraums bewegt. Insbesondere kann dieser aufgrund des mittelbaren Abstützens an den feststehenden Schienen vertikal angehoben werden. Wird hingegen ein Drehmoment reduziert oder auch ein Gegenmoment erzeugt, kann der Antrieb (insbesondere wenn er vormals bereits angehoben wurde) eine vertikal absinkende Bewegung ausführen. Allgemein kann der Antrieb also bei jedem Lastwechsel (Drehmomentzunahme oder Drehmomentabnahme) eine Bewegung aufgrund des bereitgestellten Spiels ausführen. Lastwechsel können allgemein durch das Beschleunigen oder Abbremsen des Motors hervorgerufen werden und/oder darin resu ltieren.
Es wurde erkannt, dass derartige Antriebsbewegungen auch in einer Relativbewegung des Stators zum Rotor des Traktionsmotors resultieren können. Genauer gesagt kann der Stator in der geschilderten Weise bewegt werden, d. h. insbesondere in den Grenzen des Bewegungsspielraums angehoben oder abgesenkt werden. Der Rotor, der über die Ausgangswelle mit dem Getriebe und somit mittelbar mit den feststehenden Schienen verbunden ist, kann hingegen eine Relativrotation zum Stator ausführen. Dies kann beispielsweise daraus resultieren, dass das Ritzel an der Ausgangswelle bei einem gemeinsamen Anheben und Absenken des Rotors mit dem Stator entlang der feststehenden Zähne von zum Beispiel einem Großrad des Getriebes bewegt wird. Folglich führt dieses und führt somit auch die Ausgangswelle samt damit gekoppeltem Rotor eine Rotation aus. Je nach Bauart, Ausrichtung, Fahrtrichtung und Art des Lastwechsels (Zunahme oder Abnahme/Abbremsen eines Motordrehmoments) kann die Richtung dieser Rotation und somit die Relativrotation des Rotors zum Stator variieren.
Ferner wurde erkannt, dass der Antrieb infolge der geschilderten Bewegung bei Lastwechseln mit einer gewissen Kraft an insbesondere dem Sicherheitsfang anschlagen kann. Dies führt typischerweise dazu, dass der Antrieb auch bei anhaltender Erzeugung des Drehmoments nicht unmittelbar in dauerhafter Anlage mit dem Sicherheitsfang verbleibt, sondern aufgrund der Stoßkräfte eine Art pendelnde Bewegung mit abnehmender Amplitude ausführt. Auch dies resultiert aber in entsprechenden Relativrotationen vom Rotor zum Stator.
Zusammengefasst können die von der eigentlich im Rahmen eines Lastwechsels vorgegebenen bzw. erwarteten Relativrotationen von Rotor und Stator zum Erzeugen eines vorgegebenen Drehmoments in Höhe und/oder Richtung und/oder im allgemeinen zeitlichen Verlauf von denjenigen Relativrotationen von Rotor und Stator abweichen, die in der vorstehend geschilderten Weise aufgrund einer Aufhängungs-Fehlfunktion zustande kommen. Insbesondere können die vorgegebenen Relativrotationen für die Drehmomenterzeugung partiell durch von der Fehlfunktion verursachten Relativrotationsanteile der vorstehend geschilderten Art überlagert werden.
Vorliegend wurde vorteilhafterweise erkannt, dass diese mechanisch/strukturell bedingte Relativrotation sensorisch erfassbar und für eine Ermittlung der Fehlfunktion der Aufhängung auswertbar ist. Insbesondere ist diese Relativrotation mittels Drehzahlsensoren eines Traktionsmotors erfassbar. Besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um ohnehin vorzusehende Sensoren, da die Drehzahl von Traktionsmotoren auf vielfältige Weise für eine Steuerung des Schienenfahrzeugs benötigt und daher standardmäßig erfasst wird.
Genauer gesagt wurde erkannt, dass anhand der Messwerte der Drehzahlsensoren die vorstehend geschilderten Bewegungsmuster und insbesondere fehlfunktionsspezifischen Relativrotationen vom Rotor zum Stator detektierbar sind. Folglich können die Drehzahlsensoren bzw. die hiervon gelieferten Messwerte zwecks Fehlfunktions-Ermittlung eingesetzt werden.
Insbesondere wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Aufhängungsfehlfunktion bei einem Schienenfahrzeug vorgeschlagen (insbesondere einer Lokomotive, einem Triebwagen oder allgemein einem Schienenfahrzeug mit eigenem Antrieb), wobei wenigstens ein Antrieb mit (wenigstens) einem Traktionsmotor im Schienenfahrzeug über eine Aufhängung gelagert ist und das Verfahren aufweist:

- Erfassen eines (kontinuierlichen und/oder sich aus in einem zeitlichen Abstand erfassten Drehzahlmesswerten zusammensetzenden) Drehzahlverlaufs des Traktionsmotors bei einem Lastwechsel;
- Ermitteln (oder, mit anderen Worten, Detektieren) auf Basis des (zeitlichen) Drehzahlverlaufs, ob eine Fehlfunktion der Aufhängung des Antriebs vorliegt.

Allgemein kann das Verfahren mit einer Anordnung gemäß jeglicher hierin geschilderter Variante ausgeführt werden. Es kann sich entsprechend um ein computergestützt ausgeführtes Verfahren handeln, bei dem sämtliche Maßnahmen von einem Computer und insbesondere den nachstehend geschilderten Einrichtungen der Anordnung ausgeführt werden.
Bei der Aufhängungsfehlfunktion kann es sich um jegliche hierin geschilderte Fehlfunktion handeln. Allgemein kann diese mit dem Entstehen eines Bewegungsspielraums für den Antrieb und insbesondere dessen Traktionsmotor einhergehen, der bei einer funktionsfähigen Aufhängung nicht existiert oder lediglich in deutlich geringerem Ausmaß.
Dieser Bewegungsspielraum kann durch das Versagen mechanischer Befestigungsmittel verursacht werden. Der Bewegungsspielraum kann in wenigstens einer Richtung, bevorzugt in beiden, durch einen Anschlag und insbesondere einem erwähnten Sicherheitsfang begrenzt sein. Der Bewegungsspielraum kann insbesondere in vertikaler Richtung vorliegen. Unter vertikaler Richtung wird hierin allgemein eine Richtung verstanden, entlang derer die Gravitationskraft wirkt.
Aufgrund noch existierender nicht-versagender Befestigungen oder Lagerungen können die vom Antrieb ausgeführten Bewegungen innerhalb des Bewegungsspielraums Rotationsbewegungen sein. Die bestehenden Befestigungen oder Lagerungen können eine Rotationsachse definieren bzw. als Drehgelenke agieren. Beispielsweise kann der Antrieb (und insbesondere dessen Traktionsmotor) innerhalb des Bewegungsspielraums über einen definierten Winkelbereich verschwenken und/oder sich infolge einer Rotation vertikal anheben oder absenken, wobei er sich an den noch bestehenden Befestigungen oder Lagerungen drehgelenkig abstützt.
Mögliche Aufhängungen betreffen die auf dem Fachgebiet hinlänglich bekannten Varianten eines Tatzlagers (Nose Suspended Drive) sowie einer Voll- oder Teilabgefederten Aufhängung.
Die Aufhängung kann mehrere Befestigungspunkte oder -bereiche umfassen, an denen der Antrieb im Schienenfahrzeug befestigt ist. Insbesondere kann es sich um Befestigungspunkte zu einem Wagenkasten, zu einem Drehgestell, zu einer die Radsatzwelle aufnehmenden Hohlwelle und/oder zu allgemein starren Bauteilen des Schienenfahrzeugs handeln. Nahe von wenigstens einem dieser Befestigungspunkte kann ein Sicherheitsfang bereitgestellt sein, der bei einem Versagen einer dortigen Befestigung die entstehende Beweglichkeit des Antriebs einschränkt. Je nach Ausgestaltung der Aufhängung kann die Anzahl der Befestigungspunkte sowie Sicherheitsfänge variieren.
Der Traktionsmotor ist Bestandteil des Antriebs bzw. einer Antriebseinheit. Diese(r) kann in der vorstehend geschilderten Weise auch ein Getriebe umfassen. Der Traktionsmotor ist bevorzugt direkt im Drehgestell oder direkt im Schienenfahrzeug aufgehängt (zum Beispiel über eine entsprechende Befestigung am Wagenkasten oder dergleichen) und/oder mittelbar zum Beispiel über die Verbindung zu einem Getriebe, das entsprechende Befestigungsmittel aufweist.
Der Drehzahlverlauf kann mittels wenigstens einem Drehzahlsensor erfasst werden. Zum Erhalten des zeitlichen Verlaufs kann die Drehzahl über die Zeit aufgezeichnet werden. Hierfür kann der Drehzahlsensor kontinuierlich Messwerte ausgeben. Es versteht sich, dass je nach Ausgaberate des Drehzahlsensors auch zeitlich leicht beabstandete Messwerte erhalten werden können. Diese können dann mittels einer Interpolation oder dergleichen verbunden werden. Es ist aber nicht zwingend, einen durchgängigen (d. h. unterbrechungsfreien) Drehzahlverlauf zu erfassen und/oder zu berechnen. Stattdessen kann der Drehzahlverlauf auch aus einer Vielzahl einzelner Messwerte bestehen.
Allgemein kann der Drehzahlverlauf also durch das Erfassen von einer Mehrzahl einzelner Messwerte gebildet werden oder aus einer entsprechenden Mehrzahl von Einzelmesswerten bestehen. Diese können jeweils mit einem Zeitstempel versehen sein und/oder anderweitig einem Zeitpunkt zuordenbar sein. Der Drehzahlverlauf kann alternativ zu einer durchgängigen Messwertkurve folglich auch ein Array, ein Vektor und/oder eine Reihe von Einzelmesswerten sein.
Der Drehzahlsensor kann Rotorbewegungen direkt erfassen, zum Beispiel durch kapazitives, induktives oder optisches Abtasten eines gemeinsam mit dem Rotor bewegten Zahnrades und/oder allgemein einer dreidimensionalen Struktur der Rotorwelle. Derartige Lösungen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Alternativ kann der Drehzahlsensor und/oder kann allgemein eine Drehzahlerfassung lediglich mittelbar die Rotorbewegung beschreibende Größen erfassen bzw. auswerten. Beispielsweise kann anhand elektrischer Größen des Traktionsmotors die Rotorposition bestimmt werden und darauf basierend eine Winkellage und / oder Drehzahl des Rotors bestimmt werden.
Zusammengefasst kann die Drehzahl mittels eines Drehzahlsensors oder einer Drehzahlermittlungseinrichtung, die (bevorzugt elektrische) Betriebsgrößen des Traktionsmotors (zur Drehzahlbestimmung) auswertet, bestimmt werden, wobei die von Drehzahlsensor oder Drehzahlermittlungseinrichtung ermittelten Drehzahlen auch für wenigstens eine weitere Fahrzeugfunktion verwendet werden. Es kann sich also um ohnehin vorzusehende oder bereits vorhandene Sensoren oder Einrichtungen handeln, die beispielsweise für eine allgemeine Motor- oder Antriebssteuerung und/oder eine Geschwindigkeitsermittlung verwendet werden.
Weiter kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, zum Ermitteln der Fehlfunktion vorzugsweise ausschließlich Drehzahlverläufe während eines Lastwechsels zu erfassen und/oder auszuwerten. Es können also vorzugsweise ausschließlich Zeitintervalle erfasst und/oder ausgewertet werden, die einen Lastwechsel umfassen. Allgemein können hierin betrachtete Lastwechsel ein gewisses Mindestmaß aufweisen, beispielsweise eine minimal erforderliche Änderung gegenüber einer vormaligen Last definieren.
Beispielsweise kann das betrachtete Zeitintervall starten, wenn eine Momentenänderung des Motors (die vorzugsweise ein gewisses zum Beispiel prozentuales Mindestmaß überschreitet) vorgegeben und/oder angefordert wird. Das Zeitintervall kann zusätzlich oder alternativ eine Mindestzeitspanne aufweisen, die beispielsweise zumindest so lange andauert, bis die vorstehend erläuterten Pendelbewegungen aufgrund von Stößen nach Überbrückung des Bewegungsspielraums abklingen. Geeignete Zeitdauern können rechnerisch und/oder experimentell ermittelt werden. Allgemein kann die Dauer des Zeitintervalls auch abhängig von dem Betrag des Lastwechsels sein, da dieser die erforderliche Abklingzeitdauer bestimmt.
Zusammengefasst sieht eine Ausführungsform vor, die Drehzahlen im wesentlich kontinuierlich zu erfassen und/oder aufzuzeichnen. Zum Ermitteln von Aufhängungsfehlfunktionen können (bevorzugt ausschließlich) Drehzahlverläufe bei Durchführung eines Lastwechsels und/oder innerhalb des vorstehend diskutierten Zeitintervalls ausgewertet werden.
Eine grundsätzliche vorteilhafte Erkenntnis der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Drehzahlverlauf prinzipiell verwendbar ist, um Aufhängungsfehlfunktionen zu detektieren. Hierdurch wird eine günstige aber zuverlässige Möglichkeit zur sensorischen Überwachung der Aufhängung geschaffen, bei der auf in dem Fahrzeug meist ohnehin vorhandene Drehzahlsensoren oder allgemeine Methoden zur Bestimmung der Drehzahl zum Beispiel anhand von bevorzugt elektrischen Betriebsgrößen des Antriebs und/oder des Traktionsmotors zurückgegriffen werden kann.
Allgemein betrifft die Erfindung also auch den Aspekt der Verwendung eines erfassten Drehzahlverlaufs von einem in einem Schienenfahrzeug aufgehängten Traktionsmotor zum Detektieren von Aufhängungsfehlfunktionen.
Ausführungsformen der Erfindung zeichnen sich aber auch durch nachstehend erläuterte vorteilhafte Auswertungsmöglichkeiten aus, um anhand des Drehzahlverlaufs zuverlässig auf eine Aufhängungsfehlfunktion schließen zu können.
Beispielsweise können Fehlfunktionen anhand des Drehzahlverlaufs dadurch ermittelt werden, dass der Drehzahlverlauf mit einem Referenzdrehzahlverlauf verglichen wird. Der Referenzdrehzahlverlauf kann zum Beispiel einem Drehzahlverlauf bei funktionsfähiger Aufhängung entsprechen. Bei Abweichungen von diesem Referenzdrehzahlverlauf über ein bestimmtes Maß (zum Beispiel Drehzahlwert) und/oder eine bestimmte Zeitdauer hinaus, kann auf eine Fehlfunktion geschlossen werden. Erneut können hierbei Referenzdrehzahlverlauf für einen entsprechenden Lastwechsel betrachtet werden.
Zusätzlich oder alternativ können Änderungen des Drehzahlverlaufs betrachtet werden. Verlaufen diese bei einem Lastwechsel zu ausgeprägt und/oder zu langsam und/oder allgemein unerwartet, kann auf eine Fehlfunktion geschlossen werden. Hierfür müssen nicht zwingend vollständige Referenzdrehzahlverläufe hinterlegt sein. Stattdessen können zum Beispiel lediglich Schwellenwerte betreffend zulässige Änderungen definiert werden.
Gemäß einem allgemeinen Aspekt umfasst das Verfahren ferner ein Ermitteln, dass eine Fehlfunktion vorliegt, wenn ein vorbestimmtes Fehlerkriterium des Drehzahlverlaufs im Zusammenhang mit einem (oder, mit anderen Worten, beim Durchführen von einem und/oder während eines) Lastwechsel(s) erfüllt ist. Das Fehlerkriterium kann zum Beispiel vorstehend erwähnte Abweichungen von einem Referenzdrehzahlverlauf und/oder das Überschreiten zulässiger Änderungen umfassen. Allgemein ermöglicht das Definieren von Fehlerkriterien ein zuverlässiges und schnelles Feststellen von Fehlfunktionen.
Insbesondere kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass das Fehlerkriterium wenigstens einen Grenzwert einer Schwankungsgröße des Drehzahlverlaufs definiert oder, mit anderen Worten, wenigstens einen für eine Fehlfunktion überschreitenden Wert der Schwankungsgröße. Der Wert/Grenzwert kann allgemein einen zulässigen Wert der Schwankungsgröße definieren, der nicht überschritten oder unterschritten werden darf, sofern eine Fehlerfreiheit der Aufhängung vorliegt. Die Schwankung kann beispielsweise einem temporären Ausschlag oder einer vorübergehenden Schwingung entsprechen, insbesondere einer gedämpften Schwingung. Bei der Schwankungsgröße kann es sich um eine (zum Beispiel maximale oder mittlere) Amplitude und/oder eine Zeitgröße, insbesondere eine Periode oder Dauer, der Schwankung handeln.
Durch Berücksichtigen von Schwankungsgrößen als Fehlerkriterium können die vorstehend geschilderten Pendelbewegungen des Antriebs beim Anschlagen an einen Sicherheitsfang und genauer gesagt die daraus resultierenden pendelnden Relativrotationen vom Rotor zum Stator detektiert werden. Dies stellt eine zuverlässige Möglichkeit dar, um Fehlfunktionen der Aufhängung zu detektieren, insbesondere mit einem begrenzten sensorischen Aufwand.
Um die Detektionsgenauigkeit zu verbessern, kann als zusätzliche Maßnahme vorgesehen sein, dass das Vorliegen einer Fehlfunktion (bevorzugt ausschließlich dann) ermittelt wird, wenn das Fehlerkriterium innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne und/oder einer vorbestimmten Anzahl von Lastwechseln mehrmals erfüllt ist.
Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass bei einer fehlerhaften Aufhängung bei erwartungsgemäß jedem Lastwechsel Anomalien (zum Beispiel die geschilderten Schwankungen) innerhalb eines Drehzahlverlaufs auftreten. Prinzipiell können aber auch von der Aufhängung unabhängige Fehlereinflüsse Annomalien des Drehzahlverlaufs verursachen. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Schlupf wenigstens eines Rades auf den Schienen handeln. Derartige Fehlereinflüsse treten jedoch selten mehrfach hintereinander auf. Somit stellt die Bedingung eines mehrmaligen Erfüllens des Fehlerkriteriums ein geeignetes Mittel dar, um den Fehlerfall einer beschädigten Aufhängung von anderen Fehlerfällen zu unterscheiden.
Die Zeitspanne kann beispielsweise bis zu einer Stunde oder bis zu einem Tag umfassen. Die Anzahl der Lastwechselvorgänge kann zum Beispiel wenigstens 3 oder wenigstens 10 umfassen. Hierdurch wird ein zeitnahes Detektieren der Fehlfunktion ohne Überschreiten der Ermüdungsfestigkeit gewährleistet.
Besonders vorteilhaft ist das Berücksichtigen eines mehrmaligen Auftretens, wenn, wie nachstehend noch geschildert, Drehzahlverläufe mehrerer Traktionsmotoren erfasst und insbesondere miteinander verglichen werden. Weichen diese voneinander ab, kann auf eine fehlerhafte Aufhängung als Ursache geschlossen werden. Da derartige Abweichungen aber zum Beispiel auch durch temporären Schlupf verursacht werden können, kann zum Ermitteln der Fehlfunktion als zusätzliche Bedingung überprüft werden, ob diese Abweichung mehrmals innerhalb einer definierten Zeitspanne oder innerhalb einer definierten Anzahl von Lastwechselvorgängen auftritt.
Gemäß einer Weiterbildung der hierin offenbarten Lösung (also der Anordnung, des Verfahrens und der Verwendung) entspricht der Lastwechsel einem Abbremsen und/oder einer Drehmomentreduzierung (oder, mit anderen Worten, einer Traktionsreduzierung). Insbesondere kann vorgesehen sein, nur dann eine Fehlfunktion zu ermitteln, wenn bei einem solchen Lastwechsel eine Fehlfunktion detektierbar ist und insbesondere der Drehzahlverlauf ein vorbestimmtes Fehlerbild zeigt und/oder ein Fehlerkriterium erfüllt. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dann, wenn bei einem solchen Lastwechsel die Fehlfunktionen detektiert wird, zum Beispiel auf das Berücksichtigen weiterer Bedingungen, wie ein mehrmaliges Auftreten innerhalb einer definierten Zeitspanne oder Lastwechselanzahl, zu verzichten oder die entsprechenden Bedingungen zu lockern (zum Beispiel die Dauer der Zeitspanne oder die Lastwechselanzahl zu erhöhen).
Es kann aber auch vorgesehen sein, sowohl Lastwechsel, die einem Beschleunigen und/oder einer Drehmomenterhöhung entsprechen, als auch die geschilderten Abbrems-Lastwechsel zu betrachten.
Allgemein kann vorgesehen sein, jegliche hierin geschilderten Fehlerkriterien, Ermittlungsansätze und/oder Bedingungen zum Feststellen einer Aufhängungsfehlfunktion miteinander zu kombinieren. Sobald mittels einer oder einer beliebig definierbaren Kombination obiger Kriterien, Ansätze oder Bedingungen eine Fehlfunktion ermittelt wird, kann diese Ermittlung sozusagen als ein finales Ergebnis festgelegt werden. Anders ausgedrückt kann also vorgesehen sein, die Aufhängungsfehlfunktion mittels jeglicher hierin geschilderter Ansätze redundant auf unterschiedliche Weise zu erfassen. Zusätzlich oder alternativ können aber auch vor einer endgültigen Ermittlung und/oder finalen Feststellung der Fehlfunktion die Ermittlungsergebnisse der jeweiligen Ansätze per Vergleich plausibilisiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der offenbarten Lösung wird eine Feststellbremse des Schienenfahrzeugs vor Durchführen des Lastwechsels aktiviert. Der Drehzahlverlauf entspricht dann dem Drehzahlverlauf des bevorzugt zunächst stillstehenden Traktionsmotors bei aktivierter Feststellbremse. Erwartungsgemäß sollte der Drehzahlverlauf in diesem Fall konstant Null betragen oder nur einen sehr geringen anfänglich einmaligen Ausschlag aufweisen (zum Beispiel aufgrund von einem inneren mechanischen Spiel des Getriebes und der Steifigkeiten der Aufhängungen). Liegt hingegen eine Fehlfunktion der Aufhängung vor, kann der anfängliche Ausschlag ein deutlich höheres Ausmaß annehmen, das zum Beispiel oberhalb eines vorab berechneten oder experimentell bestimmten Schwellenwerts liegt. Insbesondere können aber die geschilderten Schwankungen innerhalb des Drehzahlverlaufs auftreten, beispielsweise da der Antrieb sich bis zum Sicherheitsfang bewegt und dort anstößt.
Vorteilhaft ist das Aktivieren der Feststellbremse, als dass dann kein Schlupf auftreten kann, der das Ermittlungsergebnis verfälscht.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass lastwechselabhängige Fehlergröße bereitgestellt sind, beispielsweise durch Vorabhinterlegen in einer Speichereinrichtung der Anordnung. Die Fehlergrößen können zum Beispiel vorstehend erwähnten Schwankungsgrößen oder Änderungen des Drehzahlverlaufs entsprechen. Sie können zum Beispiel je nach dem vorgegebenen Drehmoment oder der Drehmomentänderung und somit in Abhängigkeit vom Lastwechsel ermittelt und hinterlegt werden. Die Fehlergrößen können als Referenzgrößen dienen, um lastwechselabhängige Fehlerzustände zu definieren, die bei einer Aufhängungs-Fehlfunktion erwartet werden.
Vorteilhaft ist dies dahingehend, als dass zum Beispiel das Bewegungsausmaß des Antriebs und insbesondere eines Motors hiervon bei Versagen der Aufhängung eine zuverlässige Abhängigkeit zum Lastwechsel aufweist. Genauer gesagt bestimmt die Höhe des Lastwechsels vom Antrieb ausgeführte Bewegungen und insbesondere dessen im Rahmen einer etwaigen Verkippung zurückgelegte Winkeldistanzen. Andere diese Bewegung signifikant beeinflussenden Größen sind hingegen erwartungsgemäß konstant, wie zum Beispiel die Masse des Antriebs oder wirksame Hebelarme.
Wird also anhand der Drehzahlverläufe eine etwaige Fehlergröße ermittelt, kann überprüft werden, ob diese mit der lastwechselabhängig erwarteten und hinterlegten Fehlergröße korreliert. Ist dies der Fall, kann darauf geschlossen werden, dass tatsächlich eine Aufhängungsfehlfunktion vorliegt. Ist dies nicht der Fall, kann auf eine andere Ursache geschlossen werden, beispielsweise auf Schlupf, Sensorfehler oder Vibrationseinflüsse (insbesondere aufgrund interner Fehlfunktionen des Traktionsmotors), bzw. kann eine Fehlfunktion der Aufhängung ausgeschlossen werden. Durch das Berücksichtigen lastwechselabhängiger Referenzgrößen wird also die Aussagekraft des Ermittlungsergebnisses erhöht.
Weiter kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, eine Fehlfunktion dann zu ermitteln, wenn eine (zum Beispiel im Rahmen der Ermittlung oder Auswertung des Drehzahlverlaufs ermittelte) Fehlergröße des Drehzahlverlaufs bei einem gegebenen Lastwechsel mit einer hinterlegten lastwechselabhängigen Fehlergröße (für diesen Lastwechsel) übereinstimmt oder nicht über ein vorbestimmtes Maß hinaus hiervon abweicht (zum Beispiel um nicht mehr als 20 % oder nicht mehr als 10 %). Die hinterlegte Fehlergröße kann dem gegebenen oder einem vergleichbaren Lastwechsel zugeordnet sein, dessen Betrag zum Beispiel um nicht mehr als 5 % von dem gegebenen Lastwechsel abweicht. Die hinterlegte Fehlergröße ist bevorzugt gleichartig zu der Fehlergröße des Drehzahlverlaufs, ist also beispielsweise ebenfalls eine Schwankungsgröße.
Als ein grundlegender Aspekt, der zusätzlich oder alternativ zu jeglichen der hierin geschilderten Varianten vorgesehen sein kann, kann eine Mehrzahl von Antrieben im Schienenfahrzeug aufgehängt sein. Von jedem dieser Antriebe bzw. deren Traktionsmotoren können Drehzahlverläufe ermittelt werden. Dieser kann gemäß jeglicher der vorstehend geschilderten Varianten zum Ermitteln einer Aufhängungs-Fehlfunktion analysiert werden. Zusätzlich oder alternativ können diese Drehzahlverläufe miteinander verglichen werden, um die Fehlfunktion einer Aufhängung festzustellen. Die Traktionsmotoren können zum Beispiel in demselben Fahrgestell (insbesondere Drehgestell) oder aber in benachbarten Fahrgestellen aufgehängt sein. Jegliches hierin geschilderte Fahrgestell kann typischerweise zwei Antriebe aufweisen, davon abweichend sind aber auch Fahrgestelle mit nur einem Antrieb oder drei Antrieben bekannt. Typischerweise bei Straßenbahnen sind auch Einzelradantriebe bekannt.
Beispielsweise kann dann, wenn der Drehzahlverlauf von einem der Traktionsmotoren von wenigstens zwei weiteren und im Wesentlichen übereinstimmenden Drehzahlverläufen anderer Traktionsmotoren abweicht, auf eine Fehlfunktion der Aufhängung dieses Antriebes geschlossen werden. Wie vorstehend erwähnt, wird hierdurch eine zuverlässige Differenzierung vom Fehlerfall des Radschlupfes ermöglicht, da erwartungsgemäß mehr als ein Rad bzw. Traktionsmotoren von einem Schlupf betroffen wäre.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine solche Abweichung zwischen einer Mehrzahl von Drehzahlverläufen eine grundlegend zu erfüllende Voraussetzung für das Ermitteln einer Fehlfunktion ist. Erst bei Erfüllen dieser Voraussetzung können weitere zusätzliche Bedingung zum finalen Feststellen der Fehlfunktion berücksichtigt werden, wie zum Beispiel das geschilderte mehrmalige Auftreten.
Die Abweichung kann erfordern, dass sich einer der Drehzahlverläufe über eine Mindestzeitdauer mit einem gewissen Mindestdrehzahlbetrag von den anderen Verläufen unterscheidet. Dabei können auch Abweichungen durch Radscheibengröße (insbesondere durch unterschiedliche Abnützung der Radreifenprofile) als fixes Verhältnis berücksichtigt werden. Es kann sich um einen reinen relativen Vergleich der Drehzahlverläufe handeln, bei dem keine spezifischen Wertermittlungen anhand der Drehzahlverläufe (zum Beispiel von vorstehend genannten Schwankungsgrößen) erforderlich sind und/oder mit Ausnahme der definierten Mindestzeitdauer und dem Mindestdrehzahlbetrag keine Referenzwerte zu ermitteln und vorzugeben sind. Dies vereinfacht entsprechend die Auswertung.
Zusammengefasst sieht eine Weiterbildung vor, dass das Schienenfahrzeug eine Mehrzahl von Antrieben umfasst, wobei das Ermitteln der Fehlfunktion unter Berücksichtigung eines Vergleichs der Drehzahlverläufe der Mehrzahl von Antrieben bzw. deren Traktionsmotoren untereinander und/oder eines Vergleichs von Ermittlungsergebnissen bezüglich dieser Drehzahlverläufe erfolgt. In letzterem Fall können die Drehzahlverläufe individuell ausgewertet werden und können die entsprechenden Ergebnisse der Auswertung (also die Ermittlungsergebnisse) miteinander verglichen werden, nicht aber unmittelbar die Drehzahlverläufe.
In diesem Zusammenhang kann optional eine Fehlfunktion der Aufhängung von einem Antrieb nur dann detektiert bzw. festgestellt werden, wenn für keinen anderen der Antriebe eine Fehlfunktion ermittelt wird. Auch hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit von Fehldetektion insbesondere aufgrund von Schlupf reduziert. So ist davon auszugehen, dass bei Schlupf begünstigenden Bedingungen mehr als ein Traktionsmotor bzw. die hiervon angetriebenen Räder auch einen Schlupf erfahren. Wenn nur einer einen von den übrigen Traktionsmotoren abweichenden Drehzahlverlauf aufweist, kann dies entsprechend als Indiz für eine ursächliche fehlerhafte Aufhängung gewertet werden.
Wie bereits vorstehend angedeutet, betrifft die Erfindung auch das Verwenden von Drehzahlmessungen eines Traktionsmotors bei Lastwechseln zum Ermitteln einer Fehlfunktion einer Aufhängung des diesen Traktionsmotor aufweisenden Antriebs in einem Schienenfahrzeug. Diese Verwendung kann sämtliche weiteren hierin geschilderten Merkmale und Weiterbildungen aufweisen. Insbesondere kann die Verwendung der Drehzahl und insbesondere deren Auswertung gemäß jeglichem hierin geschilderten Aspekt weitergebildet werden. Sämtliche Varianten von und Ausführungen zu den hierin geschilderten Merkmalen können auf die gleichlautenden Merkmale der Verwendung ebenso zutreffen bzw. bei diesen vorgesehen werden.
Weiter betrifft die Erfindung auch eine Anordnung zum Ermitteln einer Aufhängungsfehlfunktion bei einem Schienenfahrzeug, wobei das Schienenfahrzeug wenigstens einen in einem Fahrgestell aufgehängten Antrieb mit (wenigstens) einem Traktionsmotor umfasst und die Anordnung aufweist:

- eine Drehzahlerfassungseinrichtung, mit der ein (zeitlicher) Drehzahlverlauf des Traktionsmotors bei einem Lastwechsel erfassbar ist;
- eine Ermittlungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, auf Basis des Drehzahlverlaufs eine Fehlfunktion der Aufhängung des Antriebes zu ermitteln.

Bei der Drehzahlerfassungseinrichtung kann es sich um einen Drehzahlsensor gemäß jeglichem hierin geschilderten Aspekt handeln.
Die Ermittlungseinrichtung kann ein Computer sein und/oder von einer Computereinrichtung umfasst sein. Insbesondere kann es sich um ein Steuergerät handeln, das ebenfalls ein Computer sein kann. Allgemein kann die Ermittlungseinrichtung elektronisch und/oder digital betrieben werden. Sie kann wenigstens eine Prozesseinrichtung aufweisen und/oder eine Speichereinrichtung. Auf der Speichereinrichtung hinterlegte Programmanweisungen können von der Prozessoreinrichtung ausgeführt werden, um sämtliche hierin geschilderten Funktionen und insbesondere Auswertungen der Drehzahlverläufe vorzunehmen.
Allgemein kann die Anordnung jegliches weitere Merkmal aufweisen, um sämtliche der hierin geschilderten Verfahrenszustände, Verfahrensmaßnahmen, Betriebszustände und/oder Funktionen bereitzustellen. Insbesondere können sämtliche Ausführungen zu und Weiterbildungen von den Verfahrensmerkmalen auch auf die gleichlautenden Anordnungsmerkmale zutreffen bzw. bei diesen vorgesehen sein. Allgemein kann die Anordnung dazu eingerichtet sein, ein Verfahren gemäß jeglicher hierin geschilderten Variante auszuführen.
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Merkmale können dabei figurenübergreifend mit den gleichen Bezugsrechten versehen sein.

1 zeigt eine Teilansicht eines Schienenfahrzeug-Fahrgestells in Draufsicht mitsamt einer Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine Seitenansicht von einem Teil des Fahrgestells aus 1 in einem Ruhezustand ohne Erzeugung von Traktionsmomenten.
3 zeigt eine zu 2 analoge Ansicht bei einem Lastwechsel und genauer gesagt einem Erzeugen eines Traktionsmoments ausgehend vom Zustand aus 2.
4 zeigt einen Drehzahlverlauf, wie er beim Wechsel vom Zustand aus 2 zudem aus 3 erfassbar ist.
5 zeigt ein Ablaufschema eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 1 ist eine Draufsicht auf ein Teilbereich eines Fahrgestells 1 eines ansonsten nicht detailliert gezeigten Schienenfahrzeugs gezeigt. Bei dem Schienenfahrzeug handelt es sich beispielhaft um eine elektrisch angetriebene Lokomotive. Die Blickachse verläuft vertikal nach unten, wie sich aus der Orientierung der Schienen 2 verdeutlicht. Auf den Schienen laufen zwei Räder 5 des Schienenfahrzeugs, die über eine Radsatzwelle 15 miteinander verbunden sind. Eine Drehachse D dieser Radsatzwelle 15 verläuft quer zu den Schienen 2.
Das Schienenfahrzeug weist eine Anordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und einen Antrieb 12 auf. Der Antrieb 12 umfasst ein Getriebe 14 mit einem strichliert angedeuteten Getriebegehäuse 16, einem momentenübertragend mit einer Radsatzwelle 15 gekoppelten Großrad 18 und einem Ritzel 20. Das Ritzel 20 wird von einer Ausgangswelle 22 eines elektrischen Traktionsmotors (oder auch Fahrmotors) 24 des Antriebs 12 angetrieben. Deren Rotationsachse R verläuft parallel zur Radsatzwelle 15. Die Ausgangswelle 22 ist mit einem Rotor 40 des Traktionsmotors 24 drehstarr verbunden, wobei der Rotor 40 in einem Stator 42 aufgenommen ist. Letzterer umfasst auch ein Gehäuse des Traktionsmotors 24 oder ist starr mit diesem gekoppelt.
Gezeigt ist ferner ein lediglich abschnittsweise dargestellter Träger 3 des Fahrgestells 1. An diesem ist der Antrieb 12 über eine mehrteilige Aufhängung 28 gelagert bzw. stützt sich über diese Aufhängung 28 am Fahrgestell 1 ab. Die dargestellte Aufhängung 28 entspricht einer Tatzlageraufhängung.
Die Aufhängung 28 umfasst einen Befestigungsabschnitt 30, über den der Traktionsmotor 24 an dem in 1 unteren Träger 3 befestigt ist. Der Befestigungsabschnitt 30 kann in an sich bekannter Weise mehrteilig aufgebaut sein und wenigstens einen mit dem Antrieb stoffschlüssig verbundenen Teil und wenigstens einen stoffschlüssigen mit dem Träger 3 verbundenen Teil aufweisen, die üblicherweise elastische Elemente aufweisen.
Die Art der Befestigung sowie allgemein die Ausbildung der Aufhängung 28 ist für die hierin offenbarte Lehre nicht wesentlich und kann gemäß gängigen Lösungen aus dem Stand der Technik erfolgen.
Ferner gezeigt ist ein bevorzugt ebenfalls stoffschlüssig mit dem Träger 3 verbundener erster Sicherheitsfang 34, dessen Ausbildung nachstehend anhand der 2 und 3 noch näher erläutert wird.
In an sich bekannter Weise ist der Traktionsmotor 24 mit einer Tatzlagerbuchse 36 verbunden. Innerhalb der Tatzlagerbuchse 36 ist die Radsatzwelle 15 über Drehlager 38 drehbar gelagert ist, wodurch die Abstützung des Antriebes 12 gegeben ist.
Die Anordnung 12 umfasst eine Drehzahlerfassungseinrichtung 50 herkömmlicher Bauart innerhalb des Traktionsmotors 24. Diese ist über eine Datenleitung 51 mit einer Ermittlungseinrichtung 52 (z.B. einem beliebig innerhalb des Schienenfahrzeugs positionierten Steuergeräts oder Computers) zum Übermitteln von Messwerten verbunden. Optional umfasst die Ermittlungseinrichtung 52 auch eine Drehzahlermittlungseinrichtung 53 (zum Beispiel als eine Softwarekomponente oder ein Berechnungsprogramm). Die Drehzahlermittlungseinrichtung 53 kann Betriebsgrößen insbesondere des Traktionsmotors 24 erhalten, beispielsweise elektrische Größen hiervon. Darauf basierend kann sie sozusagen indirekt dessen Drehzahl ermitteln.
Im Folgenden wird als eine Fehlfunktion der Aufhängung 28 beispielhaft ein Versagen des Befestigungsabschnittes 30 betrachtet. Die nachstehenden Zusammenhänge und insbesondere Einflüsse auf den Drehzahlverlauf gelten aber ebenso bei einem Versagen anderweitiger Befestigungsabschnitte einer Aufhängung 28 und insbesondere bei einem Anstoßen an anderen als an dem in 1 unteren Sicherheitsfang 34, sofern vorhanden.
In 2 ist eine Teil-Seitenansicht von 2 bei ausbleibender Drehmomenterzeugung durch den Traktionsmotor 24 gezeigt. Die Blickachse entspricht einer Ansicht von in 1 links nach rechts entlang der Rotationsachsen R, D. Man blickt entsprechend auf eine Vorderseite vom in 1 linken Rad 5. Teils verdeckt hiervon ist der Traktionsmotor 24. An dessen Oberseite ist eine in 1 nicht einsehbare Haltestruktur 25 ausgebildet, deren Gestaltung lediglich beispielhaft ist. Vorteilhafterweise umfasst diese jedoch eine Durchgangsbohrung 27, deren Bohrungsachse senkrecht auf der Blattebene steht.
In der Durchgangsbohrung 27 ist ein stiftartiger, stabförmiger und/oder zylindrischer Vorsprung 29 des Sichtherheitsfangs 34 aufgenommen. Erneut handelt es sich um eine rein beispielhafte Ausbildung. Auch der Vorsprung 29 steht senkrecht auf der Blattebene und erstreckt sich bevorzugt durch die Durchgangsbohrung 27 hindurch. Über einen optionalen Verbindungsabschnitt 31, der ebenfalls ein Bestandteil des Sicherheitsfangs 34 ist, ist der Vorsprung 29 am Träger 3 gehalten.
Der Sicherheitsfang 34 und im gezeigten Beispiel dessen Vorsprung 29 sind derart dimensioniert, dass ein Bewegungsspiel S insbesondere in vertikaler Richtung verbleibt. Hierbei handelt es sich um ein Spiel S, das aus den unterschiedlichen Abmessungen (insbesondere der Durchmesser) der vergleichsweise groß dimensionierten Durchgangsbohrung 27 gegenüber dem im Vergleich kleiner dimensionierten Vorsprung 29 resultiert.
Bei einer fehlerfreien Aufhängung 28 wäre der Vorsprung 29 im Wesentlichen mittig innerhalb der Durchgangsbohrung 27 positioniert. Der Sicherheitsfang 34 würde den Traktionsmotor 24 bzw. dessen optionale Haltestruktur 25 nicht kontaktieren.
In 2 ist jedoch ein Zustand abgebildet, bei dem die Aufhängung 28 und insbesondere der erste Befestigungsabschnitt 30 versagt hat, also eine Fehlfunktion der Aufhängung 28 vorliegt. Weiter befindet sich der Traktionsmotor 24 in einem Ruhezustand ohne Traktionskrafterzeugung (d. h. ohne Erzeugung eines Traktionsmoments oder, mit anderen Worten, eines Dreh-, Antriebs- oder Motormoments). Entsprechend ist der Traktionsmotor 24 unter seinem Eigengewicht vertikal abgesunken. Ein vollständiges Herabfallen vom Träger 3 wird aber durch den Vorsprung 29 verhindert. Wie abgebildet, gelangt dieser in Kontakt mit einer oberen Innenseite der Durchgangsbohrung 27. Dies begrenzt das Ausmaß der Vertikalbewegung des Motors 24. Es verbleibt dann aber das maximale Bewegungsspiel S unterhalb des Vorsprungs 29.
3 zeigt einen Zustand infolge eines Lastwechsels. Genauer gesagt wurde ein Drehmoment M entgegen dem Uhrzeigersinn vom Traktionsmotor 24 erzeugt. Da sich dessen Rotor 40 (sh. 1) über die Ausgangswelle 22 an den feststehenden Schienen 2 abstützt, hebt der Traktionsmotor 24 sich im Rahmen des Bewegungsspiels S selbst in Richtung des Drehmoments M vertikal an. Genauer gesagt verschwenkt er nach vertikal oben, bis das Spiel S aufgebraucht ist und der Vorsprung 29 an der unteren Innenseite der Durchgangsbohrung 27 anschlägt.
Je nach Traktionsmoment M kann dieses Anschlagen in unterschiedlich strakten Stößen resultieren, die eine elastische Deformation der Beteiligten Komponenten nach sich ziehen können. In jedem Fall resultiert hieraus aber ein gewisses Nachschwingen bzw. Nachpendeln des Motors 24 (genauer gesagt der Durchgangsbohrung 27 um den Vorsprung 29).
Der im Stator 42 gelagerte Rotor 40 (sh. 1) verschwingt allgemein gemeinsam mit dem umgebenden Stator 42 des Traktionsmotors 24, der starr mit der Haltestruktur 25 verbunden ist, nach vertikal oben bzw. entgegen dem Uhrzeiger. Dies führt allerdings dazu, dass das Ritzel 20 entlang der Verzahnung des feststehenden Großrads 18 bewegt wird und hierdurch in eine Rotation versetzt wird. Es kommt folglich zu einer Relativrotation von Rotor 20 zum Stator 42 trotz gemeinsamen Anhebens. Hierbei kann es sich um einen Rotationsanteil handeln, der diejenige Relativrotation überlagert, die durch das Moment M vorgegeben bzw. verursacht wurde (sh. a. nachstehende Diskussion von 4).
Diese Relativrotation beeinflusst die Drehzahl des Rotors, was von der Drehzahlerfassungseinrichtung 50 erfasst und von der Ermittlungseinrichtung 52 per Auswertung entsprechend erkannt werden kann.
Es versteht sich, dass bei einem Abbremsen oder allgemein einer Drehmomenterzeugung im Uhrzeigersinn ausgehend von 3 wieder zu dem Zustand von 2 gewechselt werden kann. Auch dann können die geschilderten Stöße und Nachpendelbewegungen des Motors 24 auftreten und findet erneut eine Relativrotation des Rotors 40 relativ zum Stator 42 statt.
Im Folgenden wird zunächst noch einmal auf die stattfindenden Bewegungen beim Übergang von 2 zu 3 eingegangen.
Der Rotationswinkel α_Antrieb des Antriebs 12 und im gezeigten Beispiel des Motors 24 ergibt sich aus dem Spiel S und dem Abstand l des Sicherheitsfangs 34 zum Rotationszentrum (im gezeigten Beispiel das Zentrum des Radsatzes, das entlang der Rotationsachse D liegt bzw. dieser entspricht), für kleine Winkel gilt (für große wäre eine Winkelfunktion zu verwenden, z. B. arctan): $α_{A n t r i e b} = \frac{S}{l}$
Eine entsprechende Verlagerung des Motors 24 und insbesondere von dessen Stator 42 verursacht eine Rotation des Rotors 40 aufgrund der vorstehend geschilderten Zusammenwirkung mit dem Getriebe 14.
Das Ausmaß dieser Rotation hängt vom Radius R_G des Großrads 18 und dem Radius r_p des Ritzels 20 ab, die wie folgt mit einer Mittellinie c_l(siehe 1) des Antriebs 12 und der Übersetzung i zusammenhängt: $R_{G} = c_{l} \frac{i}{i + 1}$
$r_{p} = c_{l} \frac{1}{i + 1}$
Die Rotation des Antriebs 12 entspricht einer Bogenlänge des bzw. am Großrad(s) 18 von $L \ddot{a} n g e_{B o g e n} = α_{A n t r i e b} * R_{G}$
Der Rotor 42 bzw. das hiermit gekoppelte Ritzel 20 bewegt sich entlang derselben Bogenlänge, was eine Rotation des Rotors 42 bzw. des Ritzels 20 gemäß der nachstehenden Formel ergibt: $\propto_{r i t z e l} = \frac{L \ddot{a} n g e_{B o g e n}}{r_{p}}$
Die Rotation des Rotors 40 gegenüber dem Stator 42 ergibt sich deshalb wie folgt: $\propto = \propto_{r i t z e l} - \propto_{A n t r e i b} = \propto_{A n t r i e b} * (\frac{R_{G}}{r_{p}} - 1) = \frac{S}{l} * (i - 1)$
4 zeigt zeitliche Drehzahlverläufe 102, 104, wie sie anhand der Messwerte der Drehzahlerfassungseinrichtung 50 aufzeichenbar sind. Es handelt sich um eine rein beispielhafte Darstellung mit rein beispielhaften Wertangaben. Entlang der Abszisse (der Horizontalen) ist die Zeit in der Einheit Sekunden auftragen. Entlang der Ordinate (der Vertikalen) sind die Traktionsmotor-Drehzahl (links) in der Einheit rad/s und das Traktionsmotor-Drehmoment (rechts) in der Einheit Nm aufgetragen. Gezeigt ist folglich ein Drehmomentverlauf 100 mit einem ersten Lastwechsel zwischen 0,5 und einer Sekunde von 0 Nm auf ca. 4500 Nm und ein zweiter Lastwechsel zwischen 2 und 2,5 Sekunden von 4500 Nm wieder auf 0 Nm. Zu den stets selben Zeitpunkten ist die Drehzahl aufgetragen. Wenn auch nicht gesondert gezeigt, wird diese ab 3 Sekunden oder spätestens ab 3,5 Sekunden aufgrund des ausbleibenden Drehmoments reibungsbedingt abnehmen.
Ein erster Drehzahlverlauf 102 stellt den fehlfunktionsfreien Zustand dar. Die Drehzahl nimmt entsprechend kontinuierlich ohne Sprünge und Schwankungen zu.
Ein gestrichelt dargestellter Drehzahlverlauf 104 stellt einen Zustand mit Aufhängungs-Fehlfunktion dar. Beim ersten Lastwechsel kommt es einem sprunghaften Anstieg der Drehzahl, da es zu einem Wechsel vom Zustand aus 2 zu dem aus 3 kommt. Anschließend schwankt die Drehzahl, da sie abwechselnd kurzeitig fällt und wieder zunimmt. Sie oszilliert dabei mit abnehmender Amplitude um den fehlfunktionsfreien Drehzahlverlauf 102, dem sie schlussendlich bis zum zweiten Lastwechsel folgt.
Dort kommt es zu dem Wechsel vom Zustand aus 3 zu demjenigen aus 2. Die Drehzahl nimmt schlagartig ab, um sich dann erneut unter Schwankungen (d.h. mehrfach wechselnden temporären Zu- und Abnahmen) dem fehlfunktionsfreien Drehzahlverlauf 102 anzunähern.
Als Fehlerkriterien eines Drehzahlverlaufs 102, 104 können folglich, allein oder in beliebiger Kombination, jegliche der folgenden definiert sein: Eine maximale temporäre Änderung oder Änderungsrate darf innerhalb einer definierten Zeitspanne von beispielsweise nicht mehr als 2 Sekunden einen vorbestimmten Grenzwert nicht überschreiten; eine Abweichung der Drehzahl von einem vorzugsweise lastwechselabhängigen Sollwert darf eine zulässige Grenze nicht überschreiten; eine Schwankungsgröße (z. B. eine maximale Amplitude oder auch eine Spannweite, d.h. die Differenz aus maximaler und minimaler Amplitude) darf einen maximal zulässigen Wert nicht überschreiten. Weitere Beispiel sind im allgemeinen Beschreibungsteil genannt.
In 5 ist ein Ablaufschema eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
Im Schritt S1 wird ein Lastwechsel vorgegeben, zum Beispiel von einem Führerstand an ein Steuergerät des Traktionsmotors 24. Im Schritt S2 wenn die Drehzahlmesswerte der Drehzahlerfassungseinrichtung 50 während des ausgeführten Lastwechsels aufgezeichnet (insbesondere während einer definierten Zeitspanne davon danach von zum Beispiel jeweils wenigen Sekunden). Die aufgezeichneten Werte bilden einen Drehzahlverlauf. Dieser wird im Schritt S3 von der Ermittlungseinheit 52 ausgewertet.
Die Auswertung kann die Identifikation der erläuterten Schwankungsgrößen umfassen. Wenn festgestellt wurde, dass eine Schwankung mit entsprechenden Größen vorhanden sind (Pfeil Y), kann auf eine fehlerhafte Aufhängung 28 geschlossen werden. Dann kann im optionalen Schritt S4 ein Warnsignal beispielsweise an einen Führerstand des Schienenfahrzeugs ausgegeben werden. Wurden im Rahmen der Auswertung keine kritischen Schwankungen festgestellt (Pfeil N), kann hingegen wieder zum Schritt S1 zurückgekehrt werden und das erneute Vorliegen eines Lastwechsels abgewartet werden.
Wie im allgemeinen Beschreibungsteil erläutert, können im Rahmen der Auswertung von Schritt S3 verschiedenste Varianten vorgesehen sein. Bevorzugt ist beispielsweise, dass das Schienenfahrzeug eine Mehrzahl von Traktionsmotoren 24 umfasst. Ist dies der Fall, so können für jeden der Traktionsmotoren 24 die Schritte S1 bis S3 parallel ausgeführt werden. In einem nachgelagerten optionalen weiteren Schritt kann ermittelt werden, ob die jeweiligen Auswertungsergebnisse übereinstimmen.
Wurde für eine Mehrzahl der Traktionsmotoren 24 ermittelt, dass eine fehlerhafte Aufhängung 28 vorliegt, kann dies darauf hindeuten, dass andere Ursachen für die zugrundeliegenden Drehzahlverläufe ursächlich sind (zum Beispiel Schlupf), da der gleichzeitige Ausfall mehrerer Aufhängungen 28 statistisch sehr unwahrscheinlich ist. Wurde hingegen für nur einen der Traktionsmotoren 24 eine fehlerhafte Aufhängung 28 ermittelt, kann dies als ausreichend für die Ausgabe eines Warnsignals bewertet werden.
Alternativ können auch lediglich die Schritte S 1 und S2 für jeden der Traktionsmotoren 24 parallel ausgeführt werden und die Auswertung dann gemeinsam erfolgen. Beispielsweise können die jeweiligen Drehzahlverläufe einander gegenübergestellt werden und können Abweichungen voneinander ermittelt werden. Sofern einer der Verläufe über ein vorbestimmtes Maß hinaus (insbesondere über eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder mit einem vorbestimmten Mindestdrehzahlbetrag) von den verbleibenden Drehzahlverläufen abweicht, kann dies als Indiz für eine fehlerhafte Aufhängung 28 dieses Motors 24 bewertet werden. Vorteilhaft ist dies dahingehend, als dass keine Ermittlung einzelner Größen innerhalb der Verläufe erforderlich sind und auch keine Hinterlegung geeigneter Referenzgrößen oder Schwellenwerte (zum Beispiel Schwankungsgrößen). Stattdessen können lediglich Abweichungen der Drehzahlverläufe der Traktionsmotoren 24 untereinander betrachtet werden.
Um die Ermittlungsgenauigkeit zu erhöhen und insbesondere eine Differenzierung von anderen Fehlerquellen (insbesondere Schlupf) zu ermöglichen, wurden im allgemeinen Beschreibungsteil noch weitere Ansätze genannt. Diese können mit jeden der vorstehend genannten Ansätze (individuelles Überprüfen einzelner Motoren 24 oder paralleles Überprüfen einer Mehrzahl von Motoren 24) beliebig kombiniert werden. Eine effiziente Möglichkeit besteht zum Beispiel darin, im Schritt S1 lediglich reduzierende Lastwechsel zu betrachten, da bei diesen Schlupf keine Rolle spielt.
Nicht gesondert gezeigt ist ferner eine optionale Speichereinrichtung der Anordnung 12, in der die im allgemeinen Teil erläuterten lastwechselabhängigen Fehlergrößen hinterlegt sind. Diese können in einem Ermittlungsschritt herangezogen werden, um zu überprüfen, ob für einen aktuellen Lastwechsel anhand des Drehzahlverlaufs ermittelte Fehlergröße erwartete Werte annehmen. Ist dies der Fall, kann darauf geschlossen werden, dass die beobachtete Anomalie des Drehzahlverlaufs tatsächlich auf eine fehlhafte Aufhängung 28 zurückzuführen ist.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Aufhängungsfehlfunktion bei einem Schienenfahrzeug, wobei wenigstens ein Antrieb (12) mit einem Traktionsmotor (24) im Schienenfahrzeug über eine Aufhängung (28) gelagert ist und das Verfahren aufweist: - Erfassen eines Drehzahlverlaufs des Traktionsmotors (24) bei einem Lastwechsel; - Ermitteln auf Basis des Drehzahlverlaufs, ob eine Fehlfunktion der Aufhängung (28) des Antriebs (12) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ermitteln, dass eine Fehlfunktion vorliegt, wenn ein vorbestimmtes Fehlerkriterium des Drehzahlverlaufs im Zusammenhang mit einem Lastwechsel erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlerkriterium wenigstens einen Grenzwert der Schwankungsgröße des Drehzahlverlaufs definiert.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen einer Fehlfunktion ermittelt wird, wenn das Fehlerkriterium innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne oder einer vorbestimmten Anzahl von Lastwechseln mehrmals erfüllt ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastwechsel einer Traktionsreduzierung entspricht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Aktivieren einer Feststellbremse des Schienenfahrzeugs vor dem Durchführen des Lastwechsels.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Hinterlegen von lastwechselabhängigen Fehlergrößen und das Ermitteln einer Fehlfunktion dann, wenn eine Fehlergröße des Drehzahlverlaufs bei einem gegebenen Lastwechsel mit einer für diesen Lastwechsel hinterlegten Fehlergröße übereinstimmt oder zumindest nicht über ein vorbestimmtes Maß hinaus hiervon abweicht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug eine Mehrzahl von Antrieben (12) mit Traktionsmotoren (24) umfasst, wobei das Ermitteln der Fehlfunktion unter Berücksichtigung eines Vergleichs der Drehzahlverläufe der Mehrzahl von Traktionsmotoren (24) untereinander und/oder eines Vergleichs von Ermittlungsergebnissen bezüglich dieser Drehzahlverläufe erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl mittels eines Drehzahlsensors (50) oder einer Drehzahlermittlungseinrichtung (53), die Betriebsgrößen des Traktionsmotors (24) auswertet, bestimmt wird, und wobei die von Drehzahlsensor (50) oder Drehzahlermittlungseinrichtung (53) ermittelten Drehzahlen auch für wenigstens eine weitere Fahrzeugfunktion verwendet werden.
Verwenden von Drehzahlmessungen eines Traktionsmotors (24) bei Lastwechseln zum Ermitteln einer Fehlfunktion einer Aufhängung (28) eines diesen Traktionsmotor (24) aufweisenden Antriebs (12) in einem Schienenfahrzeug.
Anordnung (12) zum Ermitteln einer Aufhängungsfehlfunktion bei einem Schienenfahrzeug, wobei das Schienenfahrzeug wenigstens einen in einem Fahrgestell aufgehängten Antrieb (12) mit einem Traktionsmotor (24) umfasst und die Anordnung (12) aufweist: - eine Drehzahlerfassungseinrichtung (50), mit der ein Drehzahlverlauf des Traktionsmotors (12) bei einem Lastwechsel erfassbar ist; - eine Ermittlungseinrichtung (52), die dazu eingerichtet ist, auf Basis des Drehzahlverlaufs eine Fehlfunktion der Aufhängung des Antriebs (12) zu ermitteln.