DE19826422A1 - Combined sensor system for rail vehicle wheels - Google Patents

Combined sensor system for rail vehicle wheels

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    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/08—Railway vehicles
    • G01M17/10—Suspensions, axles or wheels

Abstract

Each vehicle wheel (3) is checked by means of an eddy current and magnetic field sensor for mechanical defects of the wheel rim (4) and each set of wheels or each rotary frame (2) is investigated by a radar-doppler sensor (8) for correct wheel running. Each wheel bearing (5) is monitored by a body noise sensor (16) for bearing defects, unacceptable running noise and vibrations. A three-dimensional acceleration sensor installed in each rail vehicle detects vibrations, longitudinal and cross accelerations to which the vehicle structure is subjected. The eddy current/magnetic field sensor (7) comprises a U-shaped iron core, on which two separate wire windings are installed. The first winding has a direct current flowing through it to produce a magnetic field, which acts on the wheel rim. The second winding represents the sensor winding, which detects the magnetic flow alterations caused by wheel defects (cracks and brakes in the wheel rim). The sensor winding is connected to a signal evaluation electronic apparatus.

Description

Wie sich bei einem Unfall herausstellte, fahren Schienenfahrzeuge, insbesondere die Hochgeschwindigkeitszüge, trotz teilweise aufwendiger Sicherheitseinrichtungen ohne ein Kontrollsystem, welches Radschäden detektiert und Entgleisungen einzelner Radsätze bzw. ganzer Drehgestelle erkennt. Um diesen Sachverhalt zu verbessern, wird ein kombiniertes Sensorsystem, einschließlich Sicherheits-Datenkommunikationseinrichtung beschrieben, welches die Erfassung und Verteilung wichtiger Sicherheits- und Radlaufdaten ermöglicht. Innerhalb des Sensorsystems wird ein Wirbelstrom-/­ Magnetfeldsensor beschrieben, welcher während der Fahrt Risse und Beschädigungen am Radreifen erkennt.As it turned out in an accident, rail vehicles, especially those, drive High-speed trains, in spite of sometimes complex safety devices without one Control system that detects wheel damage and derailment of individual wheel sets or entire bogies. To improve this, a combined sensor system, including security data communication device described which the acquisition and distribution of important security and Wheel arch data enabled. An eddy current / Magnetic field sensor described, which cracks and damage to the Recognizes wheel tires.

Die besondere Stärke des beschriebenen Systems liegt in der Kombination unterschiedlicher Sensortypen zu einer in sich geschlossenen Sicherheitseinrichtung, welche die wichtigsten und gefährlichsten Raddefekte und Störungen der Fahrdynamik erkennt, noch bevor ein gefährlicher Störfall eintritt. Bisher bekannte Schutzeinrichtungen überprüfen lediglich die Temperatur der Radlager mit Temperaturfühlem oder Infrarotsensoren, Verschleiß oder Defekte der Radlager durch Körperschallsensoren, sowie das Vorhandensein der Radreifen durch Magnetschalter oder Lichtschranken. Weiterhin werden mechanische Fühler und Schalter zur Erkennung von Defekten und mechanischer Abnutzung eingesetzt. Der Vorteil der hier beschriebenen Einrichtung gegenüber Verfahren, welche lediglich das Vorhandensein des Radreifens oder den bereits erfolgten Radbruch erkennen, liegt in der Detektion von Materialfehlern oder Defekten bereits in der Entstehungsphase, noch bevor z. B. der Radreifen bricht. Das System erhöht dadurch sowohl die Betriebssicherheit, als auch die Verfügbarkeit der damit ausgerüsteten Zugeinheiten, wobei gleichzeitig die Betriebs- und Wartungskosten vermindert werden. Das System besteht aus der Kombination von bewährten Schutzeinrichtungen in Verbindung mit neuen Sensoren und Technologien, sowie neuen Anwendungs- und Einsatzbereichen bekannter Technologien.The particular strength of the system described lies in the combination different sensor types to a self-contained safety device, which are the most important and dangerous wheel defects and disturbances in driving dynamics detects even before a dangerous accident occurs. Previously known protective devices just check the temperature of the wheel bearings with temperature sensors or Infrared sensors, wear or defects in the wheel bearings due to structure-borne noise sensors, as well the presence of the wheel tires by magnetic switches or light barriers. Farther are mechanical sensors and switches for the detection of defects and mechanical Wear used. The advantage of the device described here over Procedures that only include the presence of the wheel tire or those that have already occurred Recognizing a wheel break is already in the detection of material defects or defects Development phase, even before e.g. B. the tire breaks. This increases the system both operational reliability and the availability of the equipment equipped with it Train units, while simultaneously reducing operating and maintenance costs. The system consists of a combination of proven protective devices in Connection with new sensors and technologies, as well as new application and Areas of application of known technologies.

1. Detektion von Materialdefekten und Haarrissen1. Detection of material defects and hairline cracks

1.1 Die Radreifen (Pos. 4) werden während der Fahrt mittels Wirbelstromsensoren bzw. Magnetfeldsensoren (Pos. 7, Pos. 10.1-5) auf Bruch und Risse überprüft. Diese Überprüfung geschieht kontinuierlich, auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten. Hierbei wird das einzelne Rad (Pos. 3/4) partiell von einem Magnetfeld beeinflußt, welches von einem nahe dem Radreifen (Pos. 4) montierten Wirbelstrom-Magnetfeldsensor erzeugt wird. Wenn sich das Rad dreht, werden die äußeren Radsegmente (Pos. 4) fortlaufend von dem Magnetfeld des Sensors (Pos. 7, Pos. 10.1-5) durchflossen, wodurch sich im entsprechenden Bereich Wirbelströme ausbilden. Bei intaktem Radreifen (Pos. 4) wandert dieser Bereich der magnetischen Beeinflussung und der Ausbildung von Wirbelströmen entsprechend der Raddrehung gleichmäßig um den kpl. Radumfang. Wenn nun jedoch Haarrisse oder auch größere Schäden am Radreifen entstehen, wird an diesen Stellen sowohl der Magnetfluß, als auch die Ausbildung von Wirbelströmen gestört. Diese Störung wird von einem Sensor erfaßt und in einer Auswerteeinheit mit nachgeschaltetem Computer analysiert. 1.1 The wheel tires (item 4) are moved while driving using eddy current sensors or Magnetic field sensors (item 7, item 10.1-5) checked for breakage and cracks. This Checks are carried out continuously, even at high driving speeds. Here will the individual wheel (item 3/4) is partially influenced by a magnetic field which is caused by a eddy current magnetic field sensor mounted near the wheel tire (item 4). If the wheel turns, the outer wheel segments (item 4) are continuously from the Magnetic field of the sensor (item 7, item 10.1-5) flows through, which in the Form eddy currents in the corresponding area. Hikes when the tire is intact (item 4) this area of magnetic interference and the formation of eddy currents according to the wheel rotation evenly around the cpl. Wheel circumference. If so, however Hairline cracks or major damage to the wheel tire will occur at these locations both the magnetic flux and the formation of eddy currents disturbed. This disorder is detected by a sensor and in an evaluation unit with a downstream computer analyzed.  

1.2 Defekte der Radlager (Pos. 5) werden von Körperschallsensoren (Pos. 6) mit nachgeschalteter Signalverarbeitung aufgespürt. Hierbei werden die Lagergeräusche kontinuierlich analysiert und mit den charakteristischen Signalen des neuen Lagers verglichen. Die Signalanalyse erfolgt in der spektralen Frequenzverteilung und dem Amplitudenverlauf der vom Lager verursachten Schwingungen und Körpergeräusche. Wenn das Lager einen bestimmten Abnutzungsgrad überschreitet oder einen Akutschaden aufweist, wird dies erkannt und dem Lokführer angezeigt. Dieses bekannte Verfahren wird um neue Komponenten in der Signalauswertung ergänzt, wodurch zusätzlich das Laufverhalten des Rades, sowie der korrekte Schienenkontakt (Pos. 1/4) detektiert werden kann.1.2 Defects in the wheel bearings (item 5) are detected by structure-borne noise sensors (item 6) downstream signal processing detected. Here the bearing noise continuously analyzed and with the characteristic signals of the new warehouse compared. The signal analysis takes place in the spectral frequency distribution and Amplitude course of the vibrations and body noises caused by the bearing. If the bearing exceeds a certain degree of wear or acute damage this is recognized and displayed to the train driver. This known method will supplemented by new components in signal evaluation, which also means that Running behavior of the wheel and correct rail contact (item 1/4) can be detected can.

1.3 Die Radlager-Temperaturen (Pos. 5) werden gemäß bekanntem Verfahren durch jeweils einen Temperatursensor pro Radlager gemessen.1.3 The wheel bearing temperatures (item 5) are determined according to the known procedure measured one temperature sensor per wheel bearing.

1.4 Der Zusammenhalt des Zugverbundes wird gemäß bekanntem Verfahren durch das Auswerten der Daten, einer den ganzen Zug durchlaufenden Daten-Ringleitung ermittelt. Hierbei wird eine Datenleitung von der ziehenden Lokomotive durch alle Wagen bis zur schiebenden Lokomotive oder den letzten Wagen geschleift. An diesen Datenbus sind alle Wagen und Lokomotiven durch jeweils ein Wagenkontrollgerät angeschlossen, welches die Elektronik für die Signalanalyse und Signalauswertung der Sensoren beinhaltet. Mittels einer Funkverbindung vom letzten Wagen bzw. der hinteren Lokomotive zur ziehenden Lokomotive wird der Datenring geschlossen. Wenn nun der Zugverbund und damit die Datenringleitung durch einen Unfall oder technischen Defekt unterbrochen wird, erkennt das System dies durch das Ausbleiben der entsprechenden Sensordaten. Die Funkverbindung sichert in diesem Fall die Datenverbindung zum Zugende und dem verbleibenden hinteren Zugabschnitt. Weiterhin können vom Lokführer über diese Funkverbindung Steuer- und Bremsbefehle zum Zugende übermittelt werden.1.4 The cohesion of the train network is carried out by the Evaluation of the data, a data ring line running through the entire train determined. Here, a data line from the pulling locomotive through all the cars to pushing locomotive or the last car. Everyone is on this data bus Wagons and locomotives are connected by a wagon control device, which the Electronics for signal analysis and signal evaluation of the sensors included. Means a radio link from the last car or the rear locomotive to the pulling one Locomotive the data ring is closed. If the train network and thus the Data ring line is interrupted by an accident or technical defect the system does this by not receiving the corresponding sensor data. The In this case, radio connection secures the data connection to the end of the train and the remaining rear train section. Furthermore, the train driver can use this Radio link control and braking commands are transmitted to the end of the train.

2. Erschütterungen bei Entgleisungen2. Shocks during derailments

2.1 Die am Radlager (Pos. 5) montierten Körperschallsensoren (Pos. 6) erfassen zusätzlich zu den Lagergeräuschen bzw. Lagerschäden natürlich auch die Erschütterungen und den Körperschall welcher entsteht, wenn das Rad entgleist und über das Schotterbett oder die Schwellen rollt. Diese Signale werden von der Auswerteelektronik ausgewertet und das Ergebnis zum Lokführer weitergeleitet. Die Auswerteelektronik enthält spezielle Computerprogramme und Routinen, welche das Sensorsignal auf korrekten Radlauf, sowie korrekten Schienenkontakt untersucht.2.1 Record the structure-borne noise sensors (item 6) mounted on the wheel bearing (item 5) in addition to the bearing noises or bearing damage, of course also the vibrations and the structure-borne noise which arises when the wheel derails and over the ballast bed or the thresholds roll. These signals are evaluated by the evaluation electronics the result passed on to the train driver. The evaluation electronics contain special Computer programs and routines that check the sensor signal for correct wheel arch, as well correct rail contact examined.

2.2 Die im Wagenaufbau über den Drehgestellen montierten Beschleunigungssensoren erfassen die mechanische Beschleunigung in allen drei Achsen. Damit werden die Erschütterungen und Stöße erfaßt, welche entstehen, wenn das Fahrzeug entgleist und über das Schotterbett oder die Schwellen rollt. Diese Signale werden ausgewertet und zur Störungsunterdrückung mit den Daten nach 2.1 verglichen. 2.2 The acceleration sensors mounted in the car body above the bogies record the mechanical acceleration in all three axes. With that, the Shocks and shocks recorded, which arise when the vehicle derails and rolls over the ballast bed or the sleepers. These signals are evaluated and used Noise suppression compared with the data according to 2.1.  

3. Längs- und Querbeschleunigung - Schlingerbewegung3. Longitudinal and lateral acceleration - roll movement

3.1 Die im Wagenaufbau über den Drehgestellen montierten Beschleunigungssensoren erfassen alle Schaukel- und Schlingerbewegungen jedes einzelnen Fahrzeuges. Durch die Auswertung dieser Daten, kann das gefährliche Aufschaukeln des Wagenaufbaus noch im Entstehungsstadium erkannt werden. Somit kann der Zugführer durch das rechtzeitige Einleiten von Gegenmaßnahmen, z. B. leichtes Bremsen, die Situation leicht entschärfen, noch bevor eine bedrohliche Situation eintritt. Weiterhin wird der Komfort der Fahrgäste durch die Verhinderung unkontrollierter Wagenbewegungen erheblich gesteigert, was die Akzeptanz des entsprechend ausgerüsteten Schienenfahrzeuges erheblich verbessert.3.1 The acceleration sensors mounted in the car body above the bogies record all swing and roll movements of every single vehicle. Through the Evaluation of this data, the dangerous rocking of the car body can still in the Stage of origin can be recognized. Thus, the train driver can by timely Initiate countermeasures, e.g. B. light braking, slightly defuse the situation, even before a threatening situation arises. Furthermore, the comfort of the passengers by preventing uncontrolled wagon movements, which increases the Acceptance of the appropriately equipped rail vehicle has been significantly improved.

4. Schienenkontakt - Radlauf4. Rail contact - wheel arch

4.1 Der korrekte Radlauf wird mittels eines Radar-Dopplersensors (Pos. 8) überprüft. Dies geschieht kontinuierlich auch bei den Höchstgeschwindigkeiten des Zuges. Hierzu ist ein Radar-Dopplersensor (Pos. 8) so über dem Gleis angeordnet, daß der gebündelte Strahl (Pos. 9) auf die Lauffläche des Schienenproflis (Pos. 1) strahlt. Der Radar- Dopplersensor sendet ein kontinuierliches Hochfrequenzsignal auf die Schienenlauffläche. Das vom Gleis (Pos. 1) reflektierte Signal ist gemäß dem Dopplereffekt Frequenz- und Phasenverschoben. Dieses Signal wird im Radar-Dopplersensor mit dem Sendesignal gemischt, wobei ein Niederfrequenzsignal entsteht, welches die geometrische Beschaffenheit der abgetasteten Oberfläche widerspiegelt. Wird das Hochfrequenzsignal gepulst, kann zusätzlich zu den im Dopplersignal enthaltenen Informationen aus der Signallaufzeit der Abstand zwischen Sensor und Gleisoberfläche ermittelt werden.4.1 The correct wheel arch is checked using a radar Doppler sensor (item 8). This happens continuously even at the maximum speeds of the train. This is a radar Doppler sensor (pos. 8) arranged above the track so that the bundled Beam (item 9) shines on the tread of the rail profile (item 1). The radar Doppler sensor sends a continuous high-frequency signal to the rail running surface. The signal reflected by the track (item 1) is frequency and according to the Doppler effect Out of phase. This signal is in the radar Doppler sensor with the transmission signal mixed, creating a low frequency signal, which is the geometric Reflects the nature of the scanned surface. Will the high frequency signal pulsed, in addition to the information contained in the Doppler signal from the Signal runtime the distance between the sensor and the track surface can be determined.

Solange die Radachse korrekt auf den Schienen läuft, wird das von der Schiene reflektierte Signal, welches gemäß dem Dopplereffekt nur minimale Frequenzsprünge aufweist, von dem Sensor empfangen und ausgewertet. In diesem Falle ist die Frequenzverschiebung kontinuierlich gleichmäßig. Lediglich beim Überfahren von Weichen und Dehnungsfugen tritt eine kurzzeitige sprunghafte Frequenzverschiebung auf, welche vom System erkannt und ausgeblendet wird. Im Falle der Entgleisung einer Radachse oder des kpl. Drehgestelles befindet sich der Sensor nicht mehr korrekt über der Schienenlauffläche. Dadurch strahlt der Radar-Dopplersensor entweder auf das Kiesbett, auf die Schwellen oder leicht am Schienenkopf vorbei auf die Befestigungsschrauben. In diesen Fällen ist das reflektierte Signal jedoch mit entsprechenden Frequenz- und Phasensprüngen behaftet. Diese hochfrequenten Frequenz- und Phasensprünge werden im Dopplersensor in ein Niederfrequenzsignal umgewandelt und der Auswerteelektronik, welche Bestandteil des Wagenkontrollgerätes ist, übermittelt. Hier wird das Signal mit den Soll- und Toleranzdaten verglichen und bei Überschreitung der Toleranzen das Entgleisungs-Alarmsignal generiert.As long as the wheel axis runs correctly on the rails, that which is reflected by the rails is reflected Signal that has only minimal frequency hops according to the Doppler effect, from received and evaluated by the sensor. In this case, the frequency shift continuously even. Only when crossing switches and expansion joints there is a brief, sudden frequency shift, which is recognized by the system and is hidden. In the event of derailment of a wheel axle or the compl. Bogie the sensor is no longer correctly above the rail running surface. As a result, the radar Doppler sensor either shines on the gravel bed, on the sleepers or slightly past the rail head onto the fastening screws. In these cases it is reflected signal, however, has corresponding frequency and phase jumps. These high-frequency frequency and phase jumps are integrated into one in the Doppler sensor Low frequency signal converted and the evaluation electronics, which are part of the Wagon control device is transmitted. Here is the signal with the target and tolerance data compared and the derailment alarm signal is generated if the tolerances are exceeded.

Claims (21)

1. Kombiniertes Sensorsystem zur kontinuierlichen Kontrolle der Radsätze auf mechanische Defekte, sowie korrekten Schienenkontakt. Dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rad (Pos. 3) mittels eines Wirbelstrom- bzw. Magnetfeldsensors auf mechanische Defekte des Radreifens (Pos. 4) und jeder Radsatz oder jedes Drehgestell (Pos. 2) durch einen Radar-Dopplersensor (Pos. 8) auf korrekten Radlauf überprüft wird. Weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß jedes Radlager (Pos. 5) durch einen Körperschallsensor (Pos. 6) auf Lagerdefekte, sowie unzulässige Laufgeräusche und Erschütterungen überwacht wird. Ein in jedem Wagen installierter dreidimensionaler Beschleunigungssensor detektiert Erschütterungen, sowie Längsbeschleunigungen und Querbeschleunigungen, welchen die Wagenaufbauten ausgesetzt sind. Der Einsatz liegt im Bereich der Schienenfahrzeuge, hier besonders im Bereich der Hochgeschwindigkeitszüge.1. Combined sensor system for the continuous control of the wheel sets for mechanical defects, as well as correct rail contact. Characterized in that each wheel (item 3) by means of an eddy current or magnetic field sensor on mechanical defects of the wheel tire (item 4) and each wheelset or bogie (item 2) by a radar Doppler sensor (item 8) correct wheel arch is checked. Furthermore, characterized in that each wheel bearing (item 5) is monitored by a structure-borne noise sensor (item 6) for bearing defects, as well as impermissible running noises and vibrations. A three-dimensional acceleration sensor installed in each car detects vibrations, as well as longitudinal and lateral accelerations, which the car bodies are exposed to. The application is in the area of rail vehicles, especially in the area of high-speed trains. 2. Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelstromsensor/Magnetfeldsensor (Pos. 7) aus einem U-förmigem Eisenkern besteht, auf welchen zwei getrennte Drahtwicklungen aufgebracht sind. Wicklung A wird durch einen Gleichstrom durchflossen, welcher ein Magnetfeld erzeugt, das auf den Radreifen einwirkt. Wicklung B stellt die Sensorwicklung dar, welche die von Raddefekten (Risse, Ausbrüche des Radreifens) verursachten Magnetflußänderungen detektiert. Der U-förmige Eisenkern mit den Drahtwicklungen wird so nahe an dem Radreifen (Pos. 4) montiert, daß durch den Sensor eine magnetische Beeinflussung des Rades erfolgt und das Magnetfeld, welches den äußeren Radreifen durchdringt, detektiert werden kann. Die in der Sensorwicklung durch Materialfehler und Risse induzierten Signale (Impulse) werden einer Auswerteelektronik zur Weiterverarbeitung zugeführt.2. Device according to protection claim 1, characterized in that the Eddy current sensor / magnetic field sensor (item 7) consists of a U-shaped iron core, on which two separate wire windings are applied. Winding A is through a direct current flows through it, which creates a magnetic field on the wheel tire acts. Winding B represents the sensor winding, which is the one of wheel defects (cracks, Outbreaks of the wheel tire) caused magnetic flux changes were detected. The U-shaped Iron core with the wire windings is mounted so close to the wheel tire (item 4) that the sensor influences the wheel magnetically and the magnetic field, which penetrates the outer tire, can be detected. The in the Sensor winding caused by material defects and cracks (pulses) become one Evaluation electronics supplied for further processing. 3. Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelstromsensor/Magnetfeldsensor (Fig. 2) aus einem Elektromagneten mit U-förmigem Eisenkern (Pos. 10.1) und einer mechanisch und magnetisch getrennten Sensorwicklung, (Pos. 10.5) ebenfalls mit U-förmigem Eisenkern (Pos. 10.4) besteht. Die Sensorwicklung ist zusammen mit ihrem Eisenkern innerhalb der Schenkel des U-förmigem Elektromagneten angeordnet. Hierbei ist die Sensorwicklung einschließlich Eisenkern durch eine Abschirmhaube aus Mu-Metall (Pos. 10.3) vom Elektromagneten magnetisch abgeschirmt und kann nur über die beiden Pole des Eisenkerns, welche nahe dem Radreifen (Pos. 4) angeordnet sind, magnetisch angeregt werden. Die Wicklung des Elektromagneten (Pos. 10.2) wird von Gleichstrom durchflossen, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird, das auf den Radreifen einwirkt. Die Sensorwicklung detektiert die von Raddefekten (Risse, Ausbrüche des Radreifens) verursachten Magnetfeldänderungen. Der Elektromagnet mit der innenliegenden Sensorwicklung wird so nahe an dem Radreifen montiert, daß durch den Sensor eine magnetische Beeinflussung des Rades erfolgt, und das Magnetfeld, welches den äußeren Radreifen durchdringt, detektiert werden kann. Die in der Sensorwicklung durch Materialfehler und Risse induzierten Signale (Impulse) werden einer Auswerteelektronik zur Weiterverarbeitung zugeführt. 3. Device according to protection claim 1, characterized in that the eddy current sensor / magnetic field sensor ( Fig. 2) from an electromagnet with a U-shaped iron core (item 10.1) and a mechanically and magnetically separate sensor winding, (item 10.5) also with a U-shaped Iron core (item 10.4) exists. The sensor winding is arranged together with its iron core within the legs of the U-shaped electromagnet. The sensor winding including the iron core is magnetically shielded from the electromagnet by a shielding cover made of mu-metal (item 10.3) and can only be magnetically excited via the two poles of the iron core, which are arranged near the wheel tire (item 4). Direct current flows through the winding of the electromagnet (item 10.2), creating a magnetic field that acts on the wheel tire. The sensor winding detects the magnetic field changes caused by wheel defects (cracks, breakouts in the wheel tire). The electromagnet with the inner sensor winding is mounted so close to the wheel tire that the sensor influences the wheel magnetically and the magnetic field that penetrates the outer wheel tire can be detected. The signals (impulses) induced in the sensor winding by material defects and cracks are fed to evaluation electronics for further processing. 4. Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorwicklung durch einen magnetsensitiven Halbleiterbaustein, eine sogenannte Hall-Linearsonde ersetzt wird. Der Hall-Linearsensor ist innerhalb der Schenkel des U-förmigen Elektromagneten angeordnet und durch eine Abschirmhaube aus Mu-Metall vom Elektromagneten magnetisch abgeschirmt. Eine magnetische Beeinflussung kann nur über die zum Rad weisende Öffnung der Abschirmung erfolgen. Die Wicklung des U-förmigen Elektromagneten wird von Gleichstrom durchflossen, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird, welches auf den Radreifen einwirkt. Die Hall-Linearsonde detektiert die von Raddefekten (Risse, Ausbrüche des Radreifens) verursachten Magnetfeldänderungen. Der Elektromagnet mit der innenliegenden Hall-Linearsonde wird so nahe an dem Radreifen montiert, daß durch den Sensor eine magnetische Beeinflussung des Rades erfolgt und das Magnetfeld, welches den äußeren Radreifen durchdringt, detektiert werden kann. Die durch Materialfehler und Risse verursachten Magnetfeldsprünge werden von der Hall-Linearsonde detektiert und einer Auswerteelektronik zur Weiterverarbeitung zugeführt.4. Device according to protection claim 3, characterized in that the Sensor winding by a magnetically sensitive semiconductor module, a so-called Hall linear probe is replaced. The Hall linear sensor is inside the leg of the U-shaped electromagnet arranged and through a shielding hood made of mu-metal magnetically shielded from the electromagnet. Magnetic interference can only via the opening of the shield facing the wheel. The winding of the U-shaped electromagnet is traversed by direct current, creating a magnetic field is generated, which acts on the wheel tire. The Hall linear probe detects that of Wheel defects (cracks, breakouts in the tire) caused changes in the magnetic field. Of the The electromagnet with the internal Hall linear probe is so close to the wheel tire mounted that the sensor influences the wheel magnetically and the magnetic field that penetrates the outer tire can be detected. The Magnetic field jumps caused by material defects and cracks are caused by the Hall linear probe detected and sent to evaluation electronics for further processing. 5. Vorrichtung gemäß dem Schutzanspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß eine unterschiedliche Anzahl von Hall-Linearsensoren innerhalb, sowie außerhalb des Elektromagneten angeordnet sind. In dieser Version werden z. B. mehrere Hall- Linearsensoren über die gesamte Radbreite verteilt eingesetzt, wobei eine Auflösung von ca. 5 mm erreicht werden kann.5. Device according to the protection claim 4, characterized in that a different number of Hall linear sensors inside and outside the Electromagnets are arranged. In this version, e.g. B. several Hall Linear sensors are used across the entire wheel width, with a resolution of approx. 5 mm can be achieved. 6. Vorrichtung gemäß den Schutzansprüchen 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelstromsensor/Magnetfeldsensor in regelmäßigen Abständen entmagnetisiert wird. Dazu wird die Erregerwicklung des Elektromagneten jeweils einige Sekunden von Wechselstrom durchflossen. Desweiteren wird der Sensor durch Schmutzabstreifbleche vor Ablagerungen geschützt, welche sich auf dem Rad festsetzen können.6. Device according to the claims 2 to 5, characterized in that the Eddy current sensor / magnetic field sensor is demagnetized at regular intervals. For this purpose the excitation winding of the electromagnet is a few seconds each AC flowed through. Furthermore, the sensor is covered by dirt wipers Protected deposits that can settle on the wheel. 7. Vorrichtung gemäß den Schutzansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß Risse und Brüche im Radreifen magnetische Fehlstellen darstellen. Diese Fehlstellen beeinflussen den Magnetfluß im Radreifen und induzieren daher in der Sensorwicklung bzw. dem Hall-Linearsensor des Wirbelstrom- bzw. Magnetfeldsensors ein Signal, welches in einer nachfolgenden Elektronik detektiert und ausgewertet wird. Voraussetzung der magnetischen Fehlstellendetektion ist, daß das sich drehende Rad durch ein externes permanentes oder wechselndes Magnetfeld partiell erregt wird.7. Device according to the claims 1 to 5, characterized in that Cracks and breaks in the wheel tire represent magnetic defects. These missing parts influence the magnetic flux in the wheel tire and therefore induce in the sensor winding or the Hall linear sensor of the eddy current or magnetic field sensor, a signal which is detected and evaluated in subsequent electronics. Requirement of magnetic defect detection is that the rotating wheel by an external permanent or changing magnetic field is partially excited. 8. Vorrichtung gemäß den Schutzansprüchen 2 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Abstand des Magnetfelderregers, sowie des Sensors zum Radreifen veränderbar ist, um so die Abnutzung des Radreifens auszugleichen. Die Einstellung des Abstandes erfolgt innerhalb der zyklischen Wartung durch das Wartungspersonal.8. Device according to the claims 2 to 7, characterized in that the mechanical distance between the magnetic field exciter and the sensor from the wheel tire is changeable so as to compensate for the wear of the wheel tire. The setting of the Distance is carried out by the maintenance personnel within the cyclical maintenance. 9. Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Abstand des Magnetfelderregers, sowie der Sensorspule zum Radreifen durch eine motorische Verstellvorrichtung automatisch nachgeregelt wird. Die Ermittlung des korrekten Abstandes erfolgt beim Halten des Zuges mittels eines Ultraschallsensors oder einer mechanischen Tasteinrichtung. Die Steuerung der Verstellvorrichtung erfolgt durch eine entsprechende Elektronik. 9. Device according to protection claim 8, characterized in that the mechanical distance between the magnetic field exciter and the sensor coil from the wheel tire is automatically readjusted by a motorized adjustment device. The investigation the correct distance is maintained when the train is stopped using an ultrasonic sensor or a mechanical probe. The adjustment device is controlled through appropriate electronics.   10. Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Radlager (Pos. 5) ein Körperschallsensor (Pos. 6) angebracht ist. Dieser Körperschallsensor detektiert mechanische Schwingungen in einem Frequenzbereich von 0 Hz bis ca. 20 Khz und erkennt sowohl die vom Radlager erzeugten Schwingungen als auch die Laufgeräusche, welche zwischen Rad und Schiene entstehen. Dadurch werden sowohl Lagerschäden, als auch Unregelmäßigkeiten im Kontaktbereich Rad/Schiene detektiert.10. The device according to protection claim 1, characterized in that at each A structure-borne noise sensor (item 6) is attached to the wheel bearing (item 5). This Structure-borne noise sensor detects mechanical vibrations in a frequency range of 0 Hz to approx. 20 Khz and recognizes both the vibrations generated by the wheel bearing also the running noises that arise between wheel and rail. This will both bearing damage and irregularities in the wheel / rail contact area detected. 11. Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Körperschallsensor (Pos. 6) die Rumpelgeräusche detektiert, welche entstehen wenn der Radreifen (Pos. 4) mechanisch beschädigt ist (Unwucht oder ausgebrochene Stellen) oder wenn das Rad entgleist und über die Schwellen oder das Kiesbett rollt.11. The device according to protection claim 10, characterized in that the Structure-borne noise sensor (item 6) detects the rumble noises that occur when the Wheel tire (item 4) is mechanically damaged (unbalanced or broken out) or when the wheel derails and rolls over the sleepers or the gravel bed. 12. Vorrichtung gemäß den Schutzansprüchen 10 und 11 dadurch gekennzeichnet, daß die vom Körperschallsensor (Pos. 6) detektierten Lauf- und Lagergeräusche in einer nachfolgenden Elektronik analysiert werden. Die Analysierung des Signales erfolgt sowohl in der spektralen Frequenzverteilung als auch im Amplitudenverlauf der mechanischen Schwingungen. Bei Überschreitung der vorgegebenen Grenzwerte wird Alarm ausgelöst und weitergeleitet. Die Auswerteelektronik kann sowohl Bestandteil des Wagen- Kontrollgerätes sein, als auch als Einzelelektronik dem Körperschallsensor zugeordnet sein.12. The device according to the protection claims 10 and 11, characterized in that the running and bearing noises detected by the structure-borne noise sensor (item 6) in one subsequent electronics can be analyzed. The signal is analyzed both in the spectral frequency distribution as well as in the amplitude course of the mechanical Vibrations. An alarm is triggered if the specified limit values are exceeded and forwarded. The evaluation electronics can be part of the car Be control device, as well as be assigned to the structure-borne noise sensor as individual electronics. 13. Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Drehgestell (Pos. 2) oder Radsatz des Zuges mindestens ein Radar-Dopplersensor (Pos. 8) installiert ist, welcher kontinuierlich den korrekten Abstand und die relative räumliche Anordnung des Rades (Pos. 4) zur Schienenlauffläche detektiert. Der Radar-Dopplersensor sendet ein eng gebündeltes, kontinuierliches oder gepulstes Hochfrequenzsignal (Pos. 9) auf die Schienenlauffläche (Pos. 1). Solange die Radachse korrekt auf den Schienen läuft, wird das von der Schiene reflektierte Signal, welches gemäß dem Dopplereffekt nur minimale Frequenzsprünge aufweist, von dem Sensor empfangen und ausgewertet. In diesem Falle ist die Frequenzverschiebung kontinuierlich gleichmäßig. Lediglich beim Überfahren von Weichen und Dehnungsfugen tritt eine kurzzeitige sprunghafte Frequenzverschiebung auf, welche vom System erkannt und ausgeblendet wird. Im Falle der Entgleisung einer Radachse oder des kpl. Drehgestelles befindet sich der Sensor nicht mehr korrekt über der Schienenlauffläche. Dadurch strahlt der Radar-Dopplersensor entweder auf das Kiesbett, auf die Schwellen oder leicht am Schienenkopf vorbei auf die Befestigungsschrauben. In diesen Fällen ist das reflektierte Signal jedoch mit entsprechenden Frequenz- und Phasensprüngen behaftet. Diese hochfrequenten Frequenz- und Phasensprünge werden im Dopplersensor in ein Niederfrequenzsigna) umgewandelt und der Auswerteelektronik, welche Bestandteil des Wagenkontrollgerätes ist, übermittelt. Hier wird das Signal mit den Soll- und Toleranzdaten verglichen und bei Überschreitung der Toleranzen das Entgleisungs-Alarmsignal generiert. Der Schutzanspruch wird auf den beschriebenen Einsatz des Radar-Dopplersensors für diese spezielle Anwendung erhoben. Die grundsätzliche Funktionsweise des Radar- Dopplersensors ist Stand der Technik und deshalb nicht Gegenstand des Schutzbegehrens. 13. The device according to protection claim 1, characterized in that at each Bogie (item 2) or wheelset of the train at least one radar Doppler sensor (item 8) installed, which continuously the correct distance and the relative spatial Arrangement of the wheel (item 4) to the rail running surface detected. The radar Doppler sensor sends a tightly bundled, continuous or pulsed high-frequency signal (item 9) on the rail running surface (item 1). As long as the wheel axis runs correctly on the rails, becomes the signal reflected by the rail, which according to the Doppler effect only has minimal frequency jumps, received by the sensor and evaluated. In in this case the frequency shift is continuously uniform. Only with Passing over switches and expansion joints occurs briefly Frequency shift on, which is recognized and hidden by the system. In the event of the derailment of a wheel axle or the compl. The sensor is not on the bogie more correctly over the rail tread. This radiates the radar Doppler sensor either on the gravel bed, on the sleepers or slightly past the rail head on the Mounting screws. In these cases, however, the reflected signal is included corresponding frequency and phase jumps afflicted. These high-frequency Frequency and phase jumps are converted into a low frequency signal in the Doppler sensor) converted and the evaluation electronics, which are part of the car control device is transmitted. Here the signal is compared with the target and tolerance data and at If the tolerances are exceeded, the derailment alarm signal is generated. The protection claim is based on the use of the radar Doppler sensor for this particular application raised. The basic functioning of the radar Doppler sensor is state of the art and therefore not the subject of Protection request.   14. Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Wagenaufbau ein bis zwei Stück dreidimensional wirkende Beschleunigungssensoren oberhalb der Drehgestelle bzw. Räder montiert sind. Diese Sensoren detektieren die Fliehkräfte, Erschütterungen und Schwingungen, welchen der Wagenaufbau ausgesetzt ist. Die drei Ausgangssignale der Beschleunigungssensoren werden über Kabel zum zentralen Wagenkontrollgerät geführt, wo die Signalauswertung stattfindet. Optional kann ein Stück Beschleunigungssensor auch direkt im Wagenkontrollgerät (Schutzanspruch 15) eingebaut sein.14. The device according to protection claim 1, characterized in that in each Car body one or two pieces of three-dimensional acting acceleration sensors are mounted above the bogies or wheels. These sensors detect the Centrifugal forces, shocks and vibrations to which the car body is exposed. The three output signals from the acceleration sensors become the central cable Carriage control device guided where the signal evaluation takes place. Optionally, one piece Acceleration sensor also installed directly in the vehicle control device (protection claim 15) be. 15. Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die von den Sensoren gemäß Schutzanspruch 2 bis 14 detektierten Signale, mittels Koaxialkabel oder Lichtwellenleiter, zu einem zentralen Wagenkontrollgerät geführt werden. Das Wagenkontrollgerät, welches in jedem Wagen oder jeder Lokomotive vorhanden ist, beinhaltet die aus einem Spektrumanalysator bestehende Auswerteelektronik für die Körperschallsensoren, sowie die Auswerteelektroniken für die Wirbelstromsensoren, die Radar-Dopplersensoren und die Beschleunigungssensoren. Alle Wagenkontrollgeräte eines Zuges sind durch eine Datenleitung (Ringleitung) miteinander verbunden, über welche der gegenseitige Datenaustausch stattfindet. Weiterhin ist ein Computer integriert, welcher die aufbereiteten Sensordaten analysiert, mit den Soll- bzw. Toleranzdaten vergleicht und bei erkanntem Störfall dem Lokführer eine Alarmmeldung sendet. Optional kann der Notbremsbefehl ausgegeben werden, wenn der Lokführer nicht innerhalb einer definierten Zeit ein Quittungssignal zurücksendet.15. The device according to protection claim 1, characterized in that the Sensors according to protection claims 2 to 14 detected signals, by means of coaxial cables or Optical fiber, to a central vehicle control device. The Wagon control device, which is present in every wagon or locomotive, contains the evaluation electronics consisting of a spectrum analyzer for the Structure-borne noise sensors, as well as the evaluation electronics for the eddy current sensors, the Radar Doppler sensors and the acceleration sensors. All car inspection devices one Zuges are interconnected by a data line (ring line), via which the mutual data exchange takes place. Furthermore, a computer is integrated, which the processed sensor data analyzed, compared with the target or tolerance data and at If a malfunction is detected, sends an alarm message to the driver. Optionally, the Emergency braking commands are issued if the train driver is not within a defined Sends back an acknowledgment signal. 16. Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß die in den Lokomotiven eingebauten Wagenkontrollgeräte über eine Bedientastatur und eine Datenanzeige verfügen. Weiterhin verfügen sie über eine Funkverbindung, welche die direkte Datenkommunikation zwischen den beiden Lokomotiven bzw. zwischen der ziehenden Lokomotive und dem letzten Wagen erlaubt. Diese Funkverbindung stellt die Datenkommunikation zum hinteren Zugsegment sicher, wenn die Drahtverbindung durch Unfall oder technische Störung unterbrochen ist.16. The device according to protection claim 15, characterized in that the in Locomotives built-in car control devices via a control keyboard and a Data display. Furthermore, they have a radio connection, which the direct data communication between the two locomotives or between the pulling locomotive and the last car allowed. This radio connection provides the Data communication to the rear train segment is secure when the wire connection is through Accident or technical fault is interrupted. 17. Vorrichtung gemäß den Schutzansprüchen 15 und 16 dadurch gekennzeichnet, daß der Computer durch ein Computerprogramm gesteuert wird. Dieses Programm analysiert die Sensordaten, vergleicht die Ergebnisse mit vorgegebenen Toleranzen, bewertet die Ergebnisse, koordiniert den Datentransfer mit den anderen Wagenkontrollgeräten, gibt das Alarmsignal auf die Datenleitung aus und leitet die Notbremsung des Zuges ein, wenn die Datenleitung durch einen Unfall unterbrochen wird. Das Computerprogramm beinhaltet insbesondere Regeln und Algorithmen, welche das physikalische Verhalten des Verkehrssystems Schienenfahrzeug beschreiben. Durch die Anwendung dieser Modelle, kann deshalb in Verbindung mit der kombinatorischen Erfassung und Auswertung aller Sensordaten, die Ansprechempfindlichkeit des Sicherheitssystems optimiert werden, wobei gleichzeitig die Fehlalarmierung minimiert wird.17. The device according to the protection claims 15 and 16, characterized in that the computer is controlled by a computer program. This program analyzes the sensor data, compares the results with specified tolerances, evaluates the Results, coordinates the data transfer with the other car control devices, that gives Alarm signal on the data line and initiates the train's emergency braking when the Data line is interrupted by an accident. The computer program includes in particular rules and algorithms that determine the physical behavior of the Describe the rail vehicle traffic system. By applying these models, can therefore be combined with the combinatorial recording and evaluation of all Sensor data, the responsiveness of the security system are optimized, whereby false alarm is minimized at the same time. 18. Vorrichtung gemäß den Schutzansprüchen 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorsignale der einzelnen Achsen bzw. Drehgestelle in einer abgesetzten Elektronik zusammengefaßt und der Auswerteelektronik im Wagenkontrollgerät im Multiplexverfahren zugeführt werden. 18. The device according to the claims 1 to 16, characterized in that the sensor signals of the individual axles or bogies in remote electronics summarized and the evaluation electronics in the car control device in the multiplex process be fed.   19. Vorrichtung gemäß den Schutzansprüchen 10, 11 und 12 dadurch gekennzeichnet, daß der am Radlager (Pos. 5) montierte Körperschallsensor (Pos. 6) mit der Signalverarbeitungselektronik mechanisch und funktionell kombiniert wird. Hierbei können der Körperschallsensor und die Auswerteelektronik sowohl in getrennten Gehäusen, als auch in einem gemeinsamen Gehäuse montiert sein. Die Erkennung des Störfalles erfolgt durch die Analyse der Signalstärke (Amplitude) sowie durch die Analyse der spektralen Verteilung des vom Körperschallsensor (Pos. 6) aufgenommenen Frequenzgemisches. Die signalverarbeitende Elektronik besteht aus einem Spektrumanalysator, einem Analog- Digitalwandler, einem Steuercomputer und einer Ausgabeelektronik. Der Steuercomputer analysiert das Eingangssignal gemäß den Vorgaben des steuernden Computerprogrammes und gibt das Analyseergebnis an einer Schnittstelle zur Weiterverarbeitung aus.19. Device according to the protection claims 10, 11 and 12, characterized in that the structure-borne noise sensor (item 6) mounted on the wheel bearing (item 5) with the Signal processing electronics is combined mechanically and functionally. Here you can the structure-borne noise sensor and the evaluation electronics both in separate housings and also be mounted in a common housing. The fault is identified by analyzing the signal strength (amplitude) and by analyzing the spectral Distribution of the frequency mixture recorded by the structure-borne noise sensor (item 6). The signal processing electronics consists of a spectrum analyzer, an analog Digital converter, a control computer and output electronics. The control computer analyzes the input signal according to the specifications of the controlling computer program and outputs the analysis result at an interface for further processing. 20. Vorrichtung gemäß den Schutzansprüchen 1 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebenen Schutzvorrichtungen bei jeder Zugform und Zugtyp einschließlich Güterzug, Untergrundbahn, Stadtbahn und Straßenbahn angewandt werden können.20. The device according to the claims 1 to 19, characterized in that the protective devices described for every train type and type including Freight train, subway, light rail and tram can be applied. 21. Vorrichtung gemäß den Schutzansprüchen 1 bis 20 dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelstromsensor/Magnetfeldsensor, der Körperschallsensor und der Radar- Dopplersensor einschließlich der Auswerteelektroniken auch jeweils separat, ohne das Vorhandensein der anderen Sensortypen in der beschriebenen Anwendung betrieben werden können. Diese Anwendung beschränkt sich nicht auf den Einsatz bei Schienenfahrzeugen.21. The device according to the protection claims 1 to 20, characterized in that the eddy current sensor / magnetic field sensor, the structure-borne noise sensor and the radar Doppler sensor including the evaluation electronics also separately, without that Presence of other sensor types operated in the application described can be. This application is not limited to the use of Rail vehicles.
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