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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Gleisanlage und/oder einer Schienenfahrzeugkomponente. Ferner wird ein entsprechendes Zustandsüberwachungssystem vorgeschlagen.
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Für die Zustandsüberwachung von Schienenfahrzeugkomponenten und von Gleisanlagen während des Betriebs sind bereits verschiedene Vorrichtungen und Verfahren bekannt. Dabei werden im Fahrbetrieb Zustandsdaten durch geeignete Sensoren erfasst und im Nachgang ausgewertet. Eine kontinuierliche Datenerfassung erzeugt große Datenmengen, die mit großem Aufwand übertragen, gespeichert und analysiert werden müssen. Außerdem besteht eine erhebliche Wahrscheinlichkeit, dass ein großer Anteil der erfassten Daten nicht verwertet werden kann, weil die Situation zum Zeitpunkt der Messung nicht geeignet war. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Datenerfassung im Stillstand, bei zu geringer Fahrzeuggeschwindigkeit oder in engen Kurvenradien der Gleisanlage erfolgt. Aus diesem Grund werden nur bestimmte, für die Erfassung aussagekräftiger Daten geeignete Streckenabschnitte aus einer gesamten Fahrstrecke bzw. Gleisanlage vorab bestimmt. Diese Streckenabschnitte bilden Messbereiche, in denen jeweils die gewünschten Daten von den Sensoren erfasst werden. In allen anderen Abschnitten der Fahrstrecke können die Sensoren in einem Ruhemodus oder abgeschaltet sein. Dadurch muss nur eine erheblich geringere Datenmenge erfasst, übertragen, gespeichert und verarbeitet werden. Durch die gezielte Auswahl geeigneter Messbereiche kann auch die begrenzte Datenmenge ausreichen zur Bestimmung des Zustands der Gleisanlage und/oder der Schienenfahrzeugkomponente.
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Ein manuelles Bestimmen der genannten Messbereiche ist sehr aufwändig in der Erstellung und Pflege. Außerdem besteht die Gefahr, dass Messbereiche in ungünstige Streckenabschnitte gelegt oder vergessen werden.
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Aus der
US 10 053 121 B2 ist ein Verfahren für ein System zur Zustandsüberwachung von Lagern in Schienenfahrzeugen bekannt, bei dem Wegpunkte zur Aktivierung und/oder Deaktivierung des Zustandsüberwachungssystems automatisch bestimmt werden. Mittels einer Wegpunktbestimmungseinheit werden dabei Wegpunkte in Abhängigkeit der Kurvigkeit einer Fahrstrecke bestimmt, beispielsweise anhand einer maximalen lokalen Krümmung einer beabsichtigten Fahrstrecke.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Gleisanlage und/oder einer Schienenfahrzeugkomponente weiter zu verbessern. Darüber hinaus soll ein entsprechendes Zustandsüberwachungssystem angegeben werden.
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Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Zustandsüberwachungssystem gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Gleisanlage und/oder einer Schienenfahrzeugkomponente vorgeschlagen, wobei zumindest ein Streckenabschnitt einer Fahrstrecke als Messbereich zur Erfassung von Beschleunigungsmesswerten bestimmt wird. Es ist dabei vorgesehen, dass zumindest ein Beschleunigungsprofil bereitgestellt wird, mit dem die erfassten Beschleunigungsmesswerte jeweils verglichen werden, um zur weiteren Erfassung von Beschleunigungsmesswerten geeignete Streckenabschnitte von ungeeigneten Streckenabschnitten zu unterscheiden. Nur die so identifizierten geeigneten Streckenabschnitte werden als Messbereiche bestimmt. Das genannte Beschleunigungsprofil kann aus einer beliebigen vorhergehenden, idealerweise kurz vorher stattgefundenen, Befahrung der Fahrstrecke ermittelt worden sein. Diese Ermittlung des Beschleunigungsprofils oder mehrerer Beschleunigungsprofile kann durch das System automatisch erfolgen.
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Als geeignete Streckenabschnitte haben sich beispielsweise gerade verlaufende Streckenabschnitte und Streckenabschnitte mit hoher Fahrgeschwindigkeit herausgestellt, in denen keine Weichen vorhanden sind. Das zumindest eine Beschleunigungsprofil kann einem Verlauf von Beschleunigungswerten über einen definierten Zeitraum, beispielsweise von einigen Millisekunden, bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit entsprechen. Es können mehrere Beschleunigungsprofile bereitgestellt werden, wobei jedes Beschleunigungsprofil einem Fahrgeschwindigkeitsbereich zugeordnet ist. Ein zur Erfassung von Beschleunigungssignalen bzw. Beschleunigungsmesswerten ungeeigneter Streckenabschnitt kann beispielsweise an einem Schock- oder Impulssignal erkannt werden, welches anormal für den jeweiligen Bereich der Fahrstrecke ist. Die erfassten Beschleunigungsmesswerte können für den Vergleich mit dem Beschleunigungsprofil zwischengespeichert und/oder mathematisch bearbeitet werden. Letzteres kann beispielsweise durch die Bildung eines quadratischen Mittelwertes erfolgen. Nach der Bildung des quadratischen Mittelwerts kann der Effektivwert von Vibrationen ermittelt werden. Diese für das System in ihrer Stärke und Einwirkungsdauer schädliche frequenzbewertete Beschleunigung ist direkt proportional zu der in der Beschleunigung, d.h. in der Vibration, enthaltenen Energie. Bei dem Vergleich der erfassten Beschleunigungsmesswerte mit dem Beschleunigungsprofil können Toleranzbereiche berücksichtigt werden, in denen auch bei nicht exakt übereinstimmendem Verlauf der erfassten Beschleunigungsmesswerte mit dem Beschleunigungsprofil eine Übereinstimmung erkannt wird.
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In Bezug auf die Gleisanlage kann insbesondere der Zustand der Schienen und der Schienenstöße, also der Bereich der aneinander stoßenden Schienenenden, überwacht werden. Mithilfe des vorgeschlagenen Zustandsüberwachungssystems kann jedoch auch der gesamte Bahnkörper überwacht werden und Veränderungen können frühzeitig erkannt werden. In Bezug auf die Schienenfahrzeugkomponenten kann insbesondere der Zustand von Laufrädern und Komponenten des Antriebsstrangs eines Schienenfahrzeugs überwacht werden. Dazu zählen beispielsweise Radreifen, Radscheiben, Radsatzwellen, Radsatzlager, Getriebeelemente und Antriebswellen.
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Vorzugsweise werden in den ungeeigneten Streckenabschnitten, also außerhalb der Messbereiche, bei weiteren Überfahrten keine Beschleunigungsmesswerte mehr erfasst. Auf diese Weise erhöht sich der Wert der erfassten Beschleunigungsmesswerte, weil keine Beschleunigungsmesswerte mehr erfasst werden, die zu einer Fehlinterpretation führen können. Einflüsse von enger Kurvenfahrt, von Weichen oder anderen Gleiskomponenten, die spezielle Beschleunigungen hervorrufen, können so ausgeschlossen werden. Des Weiteren wird die zu übertragende und zu speichernde Datenmenge deutlich verringert. Dadurch verringert sich der Aufwand für ein Kommunikationssystem und das Datennetz wird entlastet.
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Bevorzugt werden die Streckenabschnitte und die Beschleunigungsmesswerte geografischen Koordinaten zugeordnet. Mit anderen Worten können die Beschleunigungsmesswerte georeferenziert werden. Unter dem Vorgang der Georeferenzierung versteht man die Zuweisung raumbezogener Informationen, der Georeferenz, zu einem Datensatz. So kann jeder Messbereich in Form einer geografisch lokalisierten Begrenzung auf der Erdoberfläche, einem sogenannten Geofence angegeben werden. Die genannte Begrenzung kann dabei eine geschlossene Fläche definieren, wobei mithilfe einer Positionsbestimmung des Schienenfahrzeugs erkannt wird, wann sich das Schienenfahrzeug innerhalb und wann es sich außerhalb der Begrenzung befindet. Die Fläche kann beispielsweise als Kreisfläche um einen bestimmten geografischen Punkt oder auch als polygonförmige Fläche bestimmt werden. Beim Eintritt in die Fläche oder beim Verlassen der Fläche kann eine Benachrichtigung an eine Steuereinrichtung des Zustandsüberwachungssystems ausgelöst werden. Diese Positionsbestimmung kann beispielsweise mittels eines Mobilfunksystems auf Funkzellenebene oder koordinatenbezogen über ein Navigationssatellitensystem erfolgen. Alternativ zu der beschriebenen Georeferenzierung kann als Messbereich ein Streckenabschnitt bestimmt werden, der ausgehend von einem definierten Bezugspunkt auf der Fahrstrecke durch einen Messbereichsanfangspunkt und einen Messbereichsendpunkt jeweils in Form einer Distanz zu dem Bezugspunkt definiert ist.
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Gemäß einer Ausführung kann vorgesehen sein, dass das Beschleunigungsprofil bei der Überfahrt einer bestimmten Gleiskomponente einen charakteristischen Verlauf der Beschleunigung abbildet. Der charakteristische Verlauf kann beispielsweise durch eine Anzahl aufeinanderfolgender Beschleunigungsspitzen oder einer bestimmten Reihenfolge von einzelnen Beschleunigungen in verschiedene Richtungen definiert sein und dadurch eine eigene Signatur darstellen. Die bestimmte Gleiskomponente kann beispielsweise eine enge Kurve, eine Weiche oder eine Kreuzung oder ein Bahnübergang sein. Solche Gleiskomponenten erzeugen bei der Überfahrt interpretierbare Beschleunigungsmesswerte bzw. Signaturen, was in bestimmten Fällen zu Fehlentscheidungen führt. Es können beispielsweise Beschleunigungsmesswerte erhalten werden, die mit Störsignalen weit über dem Nutzsignal liegen. So zeigen sich z.B. in einer engen Kurve Querbeschleunigungen, die auch als einseitiges Absinken der Schwellen, der Bahnlinie eingeordnet werden könnten. Solche Gleisabschnitte müssen als Störstellen erkannt und herausgefiltert werden. Mit Hilfe der im System autonom ermittelten Signaturen können Störstellen wie Weichen und Kreuzungen aus der direkten Zustandsüberwachung herausgefiltert werden, weil diese Störstellen zwar Beschleunigungen verursachen, das Schadensprofil aber ein anderes ist und somit auch anders zu bewerten ist.
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Die Überfahrt einer der genannten bestimmten Gleiskomponenten ist demnach nicht geeignet zur Auswertung der dabei auftretenden Beschleunigungen im Sinne der vorgeschlagenen Zustandsüberwachung. Die bereitgestellten Beschleunigungsprofile bilden also vorzugsweise ungeeignete Streckenabschnitte für die Erfassung der Beschleunigungsmesswerte ab. Bei dem Vergleich des Beschleunigungsprofils mit den erfassten Beschleunigungsmesswerten werden bei einer Übereinstimmung mit dem durch das System autonom aufgezeichneten Beschleunigungsprofil die jeweiligen Streckenabschnitte als eigene bzw. ungeeignete Streckenabschnitte erkannt und als Messbereiche ausgeschlossen.
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Es können mehrere Beschleunigungsprofile bereitgestellt werden, die nach Beschleunigungen in verschiedene Raumrichtungen unterteilt sind, und dass die Erfassung der Messwerte und deren Auswertung ebenfalls getrennt nach verschiedenen Raumrichtungen erfolgt. Dazu können beispielsweise Beschleunigungssensoren an dem Schienenfahrzeug angeordnet werden, die für eine 3-Achsenerfassung geeignet sind, beispielsweise 3 Achsen-Gyroskop.
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In einem Verfahrensschritt können zusätzlich Daten aus einem bereitgestellten Streckenplan verwendet werden, um geeignete Streckenabschnitte anhand der Daten aus dem Streckenplan als Messbereiche zu bestimmen. Ungeeignete Streckenabschnitte können anhand der Daten aus dem Streckenplan von den Messbereichen ausgeschlossen und von der Erfassung von Beschleunigungsmesswerten bei weiteren Überfahrten ausgeschlossen werden.
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Das beschriebene Verfahren kann bei mehreren Überfahrten der Fahrstrecke mit demselben oder mit verschiedenen Schienenfahrzeugen jeweils wiederholt durchgeführt werden. Nach jeder Überfahrt können die erfassten Beschleunigungsmesswerte neu ausgewertet werden. Dabei kann bewertet werden, ob und in welchem Ausmaß sich der Zustand der Gleisanlage in dem jeweiligen Streckenabschnitt und/oder einer Schienenfahrzeugkomponente verbessert oder verschlechtert hat. Es ist eine automatisierte Identifikation von schadhaften Streckenabschnitten möglich. Störgrößen an Schienenfahrzeugkomponente können durch Methoden der künstlichen Intelligenz und geeignete Auswertealgorithmen erkannt werden. Ein vorausschauendes Wartungssystem kann implementiert werden, wodurch sich Aufwand, Wartungskosten und Ausfallzeiten signifikant reduzieren lassen und die Sicherheit im Betrieb der Schienenfahrzeuge erhöht wird.
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Die Auswertung der erfassten Beschleunigungsmesswerte kann beispielsweise mithilfe von Algorithmen und Methoden der künstlichen Intelligenz erfolgen. Es können auch kurzfristig auftauchende Beschädigungen und Behebungen von Schäden erkannt und berücksichtigt werden. Die Zustandsüberwachung und Bestimmung von Messbereichen kann so sehr dynamisch umgesetzt werden.
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In weiteren Ausführungen des Verfahrens können sich die bestimmten Messbereiche auch verschieben, wenn bei der Auswertung der erfassten Beschleunigungsmesswerte erkannt wird, dass sich andere Streckenabschnitte als Messbereiche eignen als bei einer vorherigen Auswertung.
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Schließlich wird auch ein Zustandsüberwachungssystem mit einer Steuereinrichtung vorgeschlagen. Die Steuereinrichtung ist mit zumindest einem Beschleunigungssensor verbunden oder verbindbar und weist Mittel auf, um das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche durchzuführen. Zu den Mittel der Steuereinrichtung zum Steuern des Verfahrens können insbesondere ein Prozessor und ein Datenspeicher zählen, sowie entsprechende Softwareprogramme zur Durchführung des Verfahrens. Die Steuereinrichtung kann Teil einer Fahrzeugsteuereinrichtung sein. Sie kann auch in einem Steuergerät implementiert sein, welches weitere Funktionen oder Verfahren des Schienenfahrzeugs steuert. In anderen Ausführungen kann die Steuereinrichtung auch außerhalb des Schienenfahrzeugs angeordnet sein, beispielsweise in einer zentralen Einheit eines Betreibers des Schienenfahrzeugs. Dazu können die Beschleunigungssensoren über kabellose Kommunikation mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Die Steuereinrichtung kann mittels Cloud Computing in einer IT-Infrastruktur eingebunden sein.
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Anhand des in der anliegenden Figur abgebildeten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung noch näher erläutert.
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Dabei zeigt die 1 ein erfindungsgemäßes Zustandsüberwachungssystem 1 für ein Schienenfahrzeug. Das Zustandsüberwachungssystem 1 umfasst eine Steuereinrichtung 2, welche mit einer Beschleunigungssensoreinheit 3 verbunden ist. Die Beschleunigungssensoreinheit 3 ist an einer Schienenfahrzeugkomponente des Schienenfahrzeugs angeordnet und erfasst somit alle Beschleunigungen, die während der Fahrt des Schienenfahrzeugs auf diese Schienenfahrzeugkomponente einwirken. Die erfassten Beschleunigungsmesswerte werden an die Steuereinrichtung 2 übertragen.
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Die Steuereinrichtung 2 umfasst einen Prozessor zur Datenverarbeitung und einen Datenspeicher, um die Beschleunigungsmesswerte zwischenzuspeichern. Auf dem Datenspeicher sind ferner Softwareprogramme zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens gespeichert, sowie Algorithmen, die bei der Auswertung der erfassten Beschleunigungsmesswerte zur Anwendung kommen.
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Die Steuereinrichtung 2 ist mit einem weiteren Steuergerät 5 datenübertragend verbunden. Das weitere Steuergerät 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Fahrzeugleitrechner, von dem beispielsweise Daten zu einer Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs an die Steuereinrichtung 2 übertragen werden. Die Fahrgeschwindigkeit wird zur Auswertung der erfassten Beschleunigungsmesswerte den jeweils zeitgleich erfassten Beschleunigungsmesswerten zugeordnet und ebenfalls berücksichtigt.
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In einem Ausgabegerät 4 können die bestimmten Messbereiche angezeigt werden. Beispielsweise werden die Messbereiche einer Fahrstrecke in einem Streckenplan auf einem Bildschirm farblich markiert dargestellt.
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Über eine weitere Schnittstelle kann die Steuereinrichtung 2 mit externen Datenspeichern und Datenquellen verbunden werden. So können beispielsweise Beschleunigungsmesswerte von vorherigen Überfahrten einer Fahrstrecke mit anderen Schienenfahrzeugen in die Steuereinrichtung 2 übertragen und dort ausgewertet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zustandsüberwachungssystem
- 2
- Steuereinrichtung
- 3
- Beschleunigungssensoreinheit
- 4
- Ausgabegerät
- 5
- weiteres Steuergerät
- 6
- externer Datenspeicher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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