DE19826220A1

DE19826220A1 - Vorrichtung zur Erkennung von Fahrwerkschäden an Schienenfahrzeugen während der Fahrt

Info

Publication number: DE19826220A1
Application number: DE1998126220
Authority: DE
Inventors: Tamas Diebel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 1999-12-23

Abstract

Vorrichtung zur Erkennung von Fahrwerkschäden an Schienenfahrzeugen während der Fahrt, bestehend aus DOLLAR A Schall- oder Schwingungsaufnahmesensoren, DOLLAR A Elektronik zur Vorverarbeitung der aufgenommenen Schall- oder mechanischen Schwingungen, DOLLAR A Verarbeitungs- und Ausgabeeinheit, DOLLAR A die es ermöglicht, z. B. an den Lokführer eines Hochgeschwindigkeitszuges oder Güterzuges mit gefährlichen Gütern Warnsignale, Zusatzinformationen und Entscheidungsvorschläge auszugeben, der somit Gegenmaßnahmen einleiten kann. DOLLAR A Mit der Erfindung können größere Schäden oder sogar Katastrophen vermieden werden, die auf Fahrwerkschäden zurückzuführen sind. DOLLAR A Ein Drehgestell mit zwei möglichen Sensoranordnungen und Drehzahlsensor ist in folgender Abbildung dargestellt.

Description

Stand der Technik

Bei heute in Betrieb befindlichen Schienenfahrzeugen ist es bisher nicht möglich, während der Fahrt Schäden an den Fahrwerken von Schienenfahrzeugen festzustellen. Das zeigte sich besonders beim ICE-Unglück von Eschede, bei dem den bisherigen Erkenntnissen zufolge ein Riß in einem Radkranz eines Beiwagens die Ursache für die Entgleisung des Zuges war. Gleiches gilt für verschiedene Unfälle mit Güterzügen, in denen gefährliche Chemikalien transportiert wurden, bei denen die Ursache ebenfalls auf Fahrwerkschäden zurückzuführen war.

Für die Erkennung derartiger oder ähnlicher Schäden am Fahrwerk oder auch am Antrieb von Schienenfahrzeugen gibt es nach übereinstimmenden Aussagen der Experten und nach Presseberichten bisher kein geeignetes Verfahren.

Problem

Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß die Erkennung von Fahrwerkschäden an Schienenfahrzeugen während der Fahrt insbesondere bei Hochgeschwindigkeitszügen und Güterzügen mit gefährlichen Gütern zu ermöglichen ist.

Problemlösung

Die Vorrichtung zur Erkennung von Fahrwerkschäden an Schienenfahrzeugen während der Fahrt ermöglicht es, Schäden an Fahrwerksteilen während der Fahrt zu erkennen, die ihre Ursachen z. B. in Rissen des Radkranzes, Schäden am Spurkranz, in der Radlagerung (z. B. Heißläufer) oder bei getriebenen Radsätzen in Teilen des Antriebs selbst (Getriebe, Elektromotor usw.) haben. Das Problem der Erkennung von Fahrwerkschäden während der Fahrt läßt sich mit Hilfe von geeigneten Sensoren (z. B. Mikrofon und/oder Schnellesensor [Beschleunigungsaufnehmer] oder ähnlichen) lösen, mit denen der Abrollschall, bzw. der Körperschall (Schwingungen) oder andere geeignete physikalische Merkmale für die Laufeigenschaften von Teilen des Fahrwerkes aufgenommen, analysiert und zum Vergleich mit anderen, zur gleichen Zeit oder auch von früher aufgenommenen Werten an einen Computer weitergeleitet wird.

Aus der Analyse des im Computer angestellten Vergleichs lassen sich Abweichungen feststellen, die bei Überschreitung eines festgelegten Grenzwertes zu einem Warnsignal beim Lokführer oder in der Stelle führen, die für die Überwachung des Fahrbetriebes zuständig ist (z. B. eine Leitzentrale beim führerlosen Zugverkehr).

Aus den zusammen mit dem Warnsignal übermittelten Zusatzinfoimationen (genaue Bezeichnung des Fahrgestells, bei dem Abweichungen festgestellt wurden, Größe und Art der Abweichung) kann die o.g. verantwortliche Person entscheiden, ob

- die Fahrt unverändert fortgesetzt werden kann,
- die Fahrtgeschwindigkeit zu verringern ist,
- die Fahrt zu unterbrechen ist,
- sonstige Maßnahmen zu treffen sind.

Bei sehr starken Abweichungen kann das Warnsignal auch das automatische Anhalten des Zuges auslösen.

Erreichte Vorteile

Bei Anwendung der Vorrichtung entsprechend der Erfindung ergeben sich Vorteile insbesondere dahingehend, daß Schäden an Fahrwerkteilen von Schienenfahrzeugen während der Fahrt erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können, mit denen schwerere Schäden oder sogar Katastrophen vermieden werden können.

Erfindung, für die in den Patentansprüchen Schutz begehrt wird (Ausführungsbeispiel)

Die Erfindung beruht darauf, daß es möglich ist, Schallwellen, Schwingungen und andere physikalische Merkmale, die während der Fahrt von Schienenfahrzeugen durch das Abrollen der Räder auf der Schiene entstehen, während der Fahrt aufgenommen und analysiert werden und das Ergebnis der Analyse (Vergleich) bei größeren Abweichungen vom Normalpegel zu einem Warnsignal führen. Die dazu notwendige Vorrichtung kann z. B. folgende Teileinheiten umfassen: Sensoren, Signalumformer, Vorverarbeitungs-Computer, Analyse- und und Ausgabecomputer. Eine mögliche prinzipielle Anordnung dieser Teileinheiten ist im Bild in Anlage 1. dargestellt.

Sensoreinheit

Zwei mögliche Anordnungen von Sensoren sind im Bild in Anlage 2. dargestellt. Die Sensoren dienen zur Aufnahme des Schalles in unmittelbarer Umgebung eines Fahrwerkteils (z. B. Rad) oder von Körperschall schwingungen (z. B. am Drehgestellrahmen) oder anderer Merkmale der Laufeigenschaften an einem Schienenfahrzeug (z. B. Beiwagen oder Triebfahrzeug eines Hochgeschwindigkeitszuges).

Die Aufnahme des Schalles kann dabei durch ein oder mehrere Mikrofone erfolgen, die auf die Aufnahme der Abrollgeräusche des Rades auf der Schiene ausgerichtet sind.

Da sich die Laufgeräusche über das Rad, die Achse und das Radlager direkt auf das Drehgestell übertragen, entsteht in diesem ein Körperschall. Körperschallschwingungen am Drehgestell selbst können durch einen Schnellesensor (Beschleunigungsaufnehmer) aufgenommen werden, der z. B. direkt am Rahmen des Drehgestelles montiert ist.

Es können aber auch andere Arten von Sensoren zur Anwendung kommen, mit denen es möglich ist, während der Fahrt Risse in Eisenbahnrädern oder andere Schäden festzustellen, so z. B. neue Arten von kapazitiven, induktiven oder anderen Sensoren.

Bei Schäden am Fahrwerk kommt es zwangsläufigerweise zu Veränderungen des Schall- oder Schwingungsspektrums besonders in bestimmten Frequenzbereichen und in Abhängigkeit von der Drehzahl der Achse zu rhythmischen Wiederholungen von Schwingungen. Um den Vergleich mit der tatsächlichen Drehzahl anstellen zu können, ist ein Drehzahlsensor (eventuell pro Achse, um z. B. auch Heißläufer feststellen zu können) notwendig.

2. Signalumformer

Die von den Sensoren erfaßten Signale werden einem Signalumformer zugeleitet, der die Signale verstärkt eventuell filtert. Diese Signale werden digitalisiert und das Schwingungsspektrum erfaßt, das zur Analyse an einen Computer weitergeleitet wird.

3. Vorverarbeitungscomputer

Werden als Sensoren Mikrofone pro Rad verwendet, kann pro Fahrzeug ein Computer zur Vorverarbeitung zur Anwendung kommen. Der Computer fragt dabei über die Signalumformer die einzelnen Sensoreinheiten nach einer vorgegebenen Reihenfolge ab (Polling) und verrichtet eine Vorverarbeitung des Schwingungsspektrums, wie z. B. Filterung von Grundgeräuschen, die sich aus dem Fahrtwind ergeben (gegebenenfalls geschwindigkeitsabhängig) oder auch Unterdrückung des normalen Laufgeräusches (eventuell ebenfalls geschwindigkeits- und/oder gleiskörperabhängig), sowie Filterung von einmaligen (sich zufällig ergebenden) Geräuschveränderungen.

Kommen Beschleunigungsaufnehmer zur Anwendung, kann gegebenenfalls auf den Vorverarbeitungscomputer verzichtet werden, da die Kapazität des zentralen Computers für die Vorverarbeitung und Auswertung ausreichen kann.

4. Analyse- und Ausgabecomputer

Die in diesem Verfahren gewonnenen Informationen werden dem zentralen Zugeinheits- oder Zugcomputer zur Analyse in Form von Datenpaketen übermittelt. Bei der Analyse wird - sofern dies vom Vorverarbeitungscomputer noch nicht erfolgte - als erstes das Spektrum der aufgenommenen Schwingungen erstellt und gefiltert. Dieses Primärspektrum dient zum Vergleichen mit anderen Spektren, den Sekundärspektren.

Bei diesem Vergleich können folgende Abweichungen festgestellt werden:

- Abweichungen des gesamten Geräusch- oder Schwingungspegels,
- Abweichungen im Spektrum selbst, d. h. es treten Schwingungen auf, die bisher nicht oder in unwesentlicher Stärke auftraten (z. B. in rhythmischer Form),
- Abweichungen bei der Stärke bestimmter Frequenzbereiche im Spektrum.

Die zum Vergleich herangezogenen Sekundärspektren können folgende sein:

- Spektrum eines anderen Rades des gleichen Drehgestells,
- Spektrum eines baugleichen Drehgestells des gleichen Wagens, aufgenommen zur gleichen Zeit, wie das Primärspektrum,
- Spektrum eines baugleichen Drehgestells eines anderen Wagens, aufgenommen zur gleichen Zeit, wie das Primärspektrum,
- Spektrum des gleichen oder eines baugleichen Drehgestells, aufgenommen auf der gleichen Strecke bei einer früheren Fahrt

Bei der Ergebnisauswertung der Spektralvergleiche werden Abweichungen festgestellt, die bei Überschreitung eines Grenzwertes die Auslösung eines Warnsignals zur Folge haben. Der Grenzwert wird bei der Vorprogrammierung des Analysecomputers fest oder prozentual eingegeben. In Abhängigkeit von der Analyse des Spektrums selbst und der Abweichungen von einem oder mehreren der in 4.3. genannten Sekundärspektren werden zum Warnsignal entsprechende Zusatzinformationen ausgegeben. Diese umfassen z. B. folgende Informationen:

- Genaue Bezeichnung des Fahrwerkteiles, bei dem die Störung auftrat, z. B. "3. Beiwagen, vorderes Drehgestell, Rad Nr. 2" oder grafische Darstellung des gesamten Zuteiles mit blinkender Angabe des betroffenen Drehgestells oder Fahrwerkteils, eventuell in Seiten- und Draufsicht,
- Art der Veränderung, z. B. "20% erhöhter Geräuschpegel im Vergleich zum anderen Drehgestell des gleichen Wagens" oder "Stoßgeräusche im Drehzahlrhythmus"
- Akustische Ausgabe des Primärspektrums über Lautsprecher
- grafische Ausgabe des Primär- und Sekundärspektrums auf einem Bildschirm (mit grafischer Angabe der Drehzahl).

Es ist auch möglich, Entscheidungsvorschläge mit auszugeben, die in Abhängigkeit von der Art und Größe der Abweichungen angeboten werden: z. B. "Erhöhter Geräuschpegel am 1. Drehgestell des 4. Beiwagens": Geschwindigkeit um 50% vermindern oder "Riß im Rad Nr. 3 des 1. Drehgestells des 4. Beiwagens: Zug sofort anhalten". Letztere Meldung könnte auch einen automatischen Halt des Zuges auslösen.

Bezugszeichenliste

1

Hochgeschwindigkeitszug

2

Beiwagendrehgestell mit möglichen Sensorarten:

2.1.

Drehzahlsensor

2.2.

Abfrageeinheit (Polling)

2.3.

Schallsensor (Mikrofon)

2.4.

Schnellesensor

2.5.

Anpassungseinheit
VA Zur Verarbeitungseinheit (Computer)

3

. Vorverarbeitungscomputer (entfällt bei zentraler Vorverarbeitung)

3.5.

Anpassungseinheit (siehe Beiwagendrehgestell)

4

. Verarbeitungs- und Ausgabeeinheit (in dieser Abbildung beim Lokführer)

Claims

Vorrichtung zur Erkennung von Fahrwerkschäden an Schienenfahrzeugen während der Fahrt bestehend aus
- 1. Schall- oder Schwingungs- oder anderen geeigneten Aufnahmesensoren.
- 2. Elektronik zur Vorverarbeitung der aufgenommenen Schall- oder mechanischen Schwingungen.
- 3. Verarbeitungs- und Ausgabeeinheit,
gekennzeichnet dadurch, daß die während der Fahrt durch das Abrollen von den Schienenfahrzeugrädern auf der Schiene entstehenden Schall- oder mechanischen Schwingungen oder andere Merkmale für den Abrollvorgang von Sensoren aufgenommen, in der Elektronik aufbereitet und in einer Verarbeitungs- und Ausgabeeinheit mit anderen, auf die gleiche Weise aufgenommenen Spektren verglichen werden.