DE19837486A1

DE19837486A1 - Rail vehicle and track damage detection method

Info

Publication number: DE19837486A1
Application number: DE1998137486
Authority: DE
Inventors: Wolf-Eckart Bulst; Frank Schmidt; Klaus-Peter Dziggel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2000-02-17
Also published as: WO2000009378A1

Abstract

A method of detecting suddenly occurring or imminent damage on rail vehicles and/or to the track involves the use of sensors mounted on the vehicles for detecting the vibrational behaviour of given vehicle components or component arrangements. The mechanical forces acting on the sensors are converted into high-frequency (HF) electrical signals indicating the magnitudes of these mechanical forces as well as identifying the relevant sensor or vehicle component/unit. The HF signals are transmitted to an evaluation device on the vehicle, and in the event of any event/occurrence messages being assigned to the sensors on the rail vehicles, a disruption event on the track, or on a given rail vehicle, is inferred from the fact that these event messages are assigned only to one or individual sensors.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung sich anbahnender oder plötzlich auftretender Schäden an Schienenfahrzeugen und/oder Gleisen, soweit diese Schäden Auswirkungen haben auf die Fahrqualität der Fahrzeuge, unter Verwendung von örtlich auf den Fahrzeugen verteilt angeordne ter Sensoren zum Erfassen des Schwingungsverhaltens vorgege bener Fahrzeugkomponenten oder -komponentenanordnungen.The invention relates to a method for detection impending or suddenly occurring damage Rail vehicles and / or tracks, insofar as this damage Have an impact on the driving quality of vehicles, under Use of locally distributed on the vehicles ter sensors for detecting the vibration behavior other vehicle components or component assemblies.

Derartige Verfahren sind aus der DE 195 80 680 T1 und 195 80 682 T1 bekannt. Die dort auf den Schienenfahrzeugen verwendeten Sensoren reagieren auf Beschleunigungen, Schwin gungen und mechanische Stöße. Die Sensormeldungen werden als elektrische Signale über Leitungsverbindungen an fahrzeugsei tige Bewertungseinrichtungen übermittelt. Für das Generieren und Übertragen der Sensormeldungen werden auf den Fahrzeugen Stromversorgungseinrichtungen benötigt. Damit ist es quasi ausgeschlossen, etwaige Schäden an Güterfahrzeugen erkennen zu können.Such methods are from DE 195 80 680 T1 and 195 80 682 T1 known. The ones on the rail vehicles sensors used react to accelerations, Schwin mechanical shock. The sensor messages are as electrical signals via cable connections to the vehicle evaluation facilities. For generating and transmitting the sensor messages are on the vehicles Power supply facilities needed. So that's it excluded, detect any damage to freight vehicles to be able to.

Aus der älteren internationalen Patentanmeldung PCT/DE 98/00403 ist eine Anordnung zur Erzeugung kodierter Hochfrequenzsignale bekannt, bei der mechanische Primärener gie zunächst in niederfrequente elektrische Energie und diese dann in hochfrequente elektrische Energie umgeformt wird. Diese hochfrequente elektrische Energie dient über eine Ko dierungseinrichtung zur Erzeugung eines kodierten Signales, das die auf die Anordnung einwirkende mechanische Beanspru chung kennzeichnet. Zur Wandlung mechanischer Primärenergie in elektrische Energie werden Piezo-Elemente oder Induktions einrichtungen verwendet, die ohne eigene Stromversorgungen auskommen. Die von den Wandlern erzeugten elektrischen Ener gien reichen aus, um die kodierten Hochfrequenzsignale per Funk über eine gewisse Entfernung zu übermitteln.From the older international patent application PCT / DE 98/00403 is an arrangement for generating coded Radio frequency signals are known at the mechanical primary first pour into low-frequency electrical energy and this is then transformed into high-frequency electrical energy. This high-frequency electrical energy is used via a Ko dation device for generating a coded signal, that the mechanical stress acting on the arrangement marks. For converting mechanical primary energy in electrical energy are piezo elements or induction facilities used without their own power supplies get along. The electrical energy generated by the converters enough to encode the high-frequency signals via To transmit radio over a certain distance.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, daß auch für die Verwendung bei Güterfahrzeugen geeignet ist, d. h. auf den Fahrzeugen zum Erzeugen der Sensorsignale ohne eigene Stromversorgung auskommt, nur einen geringen Aufwand für die Bewertung der Sensormeldungen benötigt und eine Differenzie rung nach fahrzeugseitigen und streckenseitigen Störungen er möglicht.The object of the present invention is to implement a method the preamble of claim 1 to create that too is suitable for use on goods vehicles, d. H. on the vehicles to generate the sensor signals without their own Power supply gets by, just a little effort for that Evaluation of the sensor messages needed and a difference after vehicle and track faults possible.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Danach werden als Sensoren an sich bekannte OFW-Sensoren verwendet, die so in und an den Fahrzeugen angebracht sind, daß erst ab einer bestimmten me chanischen Mindestbeanspruchung durch Vibrationen, Stöße und ähnliches Ereignismeldungen ausgegeben werden. Diese Ereig nismeldungen werden dahingehend bewertet, ob sie sich unter dem Zuge fortpflanzen oder nur einem oder einigen Sensoren zuzuordnen sind. Im ersten Fall handelt es sich offensicht lich um ein streckenseitiges Ereignis, z. B. einen Schienen stoß, der überfahren wurde und im zweiten Fall offensichtlich um ein fahrzeugseitiges Ereignis, das Auswirkungen nur auf einen oder einige Sensoren hat.The invention solves this problem by the characterizing Features of claim 1. Thereafter, as sensors known SAW sensors used, which in and on the Vehicles are attached that only from a certain me minimum mechanical stress due to vibrations, shocks and similar event messages are issued. This event Notification messages are evaluated according to whether they are under propagate the train or just one or some sensors are to be assigned. In the first case it is obvious Lich about a trackside event, e.g. B. a rails that was run over and obvious in the second case a vehicle-side event that only affects has one or some sensors.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfin dungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angege ben.Advantageous refinements and developments of the inventions The method according to the invention is specified in the subclaims ben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachstehend näher erläu tert. The method according to the invention is explained in more detail below tert.

Auf den Fahrzeugen eines Fahrzeugverbandes gibt es jeweils in der Nähe vorgegebener Fahrzeugkomponenten mit diesen in Wirk verbindung stehende Sensoren, die auf mechanische Beanspru chungen wie z. B. Geräusche, Schwingungen, Vibrationen, Stöße und Schläge reagieren. Solche Sensoren sind an sich bekannt. Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden speziell ausgebildete Sensoren verwendet, wie sie in der äl teren internationalen Patentanmeldung PCT/DE 98/00403 im ein zelnen offenbart sind. Dort wird über OFW-Sensoren berichtet, die mechanische Primärenergie in niederfrequente elektrische Energie und diese in hochfrequente elektrische Energie umfor men. Diese hochfrequente Energie erzeugt über eine Kodierein richtung Hochfrequenzsignale, welche nach Frequenz und/oder Amplitude ein Maß für die auf den jeweiligen Sensor wirkende Primärenergie darstellen. Für das Umformen der mechanischen Energie in die elektrische Energie und die Generierung der Hochfrequenzsignale wird keine gesonderte Energieversorgung benötigt. Vielmehr ist die Anordnung so ausgelegt, daß sie diese Energie über ein Piezoelemenent oder eine Induktions einrichtung selbst erzeugt.On the vehicles of a vehicle association there is in each case the proximity of specified vehicle components with these in effect connected sensors that are subject to mechanical stress such as B. Noises, oscillations, vibrations, shocks and blows respond. Such sensors are known per se. For the application of the method according to the invention specially trained sensors are used, as they are used in the äl ter international patent application PCT / DE 98/00403 in one individual are disclosed. SAW sensors are reported there, the mechanical primary energy into low frequency electrical Energy and convert it into high-frequency electrical energy men. This high-frequency energy is generated via a coding direction high-frequency signals, which according to frequency and / or Amplitude is a measure of that acting on the respective sensor Represent primary energy. For reshaping the mechanical Energy in electrical energy and the generation of High frequency signals will not be a separate power supply needed. Rather, the arrangement is designed so that it this energy via a piezo element or an induction facility self-generated.

Die Sensoren dienen jeweils zur Überwachung einer bestimmten Fahrzeugkomponente wie z. B. einem Achslager oder einer aus mehreren Fahrzeugkomponenten bestehenden Komponentenanordnung wie z. B. einem Drehgestell. Es lassen sich eine Vielzahl un terschiedlicher Fahrzeugkomponenten durch entsprechende Sen soren überwachen, die auf mechanische Beanspruchungen reagie ren. Solche Sensoren können beispielsweise auch zum Überwa chen der Fahrzeugaufhängung oder zur Überwachung von Dämp fungsgliedern verwendet sein.The sensors are used to monitor a specific one Vehicle components such as B. an axle bearing or one Component arrangement existing several vehicle components such as B. a bogie. There are a lot of un different vehicle components by appropriate sen Monitor sensors that react to mechanical stress Ren. Such sensors can, for example, also for monitoring Chen the vehicle suspension or for monitoring dampers be used.

Die Sensoren wirken mit in den Fahrzeugen installierten Mas se-Feder-Systemen zusammen, die so beschaffen sind, daß erst ab einer vorgebbaren mechanischen Mindestbeanspruchung ent sprechende Hochfrequenzsignale = Ereignismeldungen ausgegeben werden. Diese Masse-Feder-Systeme können einstellbar sein oder aber sie sind auf einen bestimmten Anwendungsfall zuge schnitten und so dimensioniert, daß alle als normal einzustu fenden mechanischen Belastungen der Sensoren absorbiert wer den und so nicht zur Ausgabe von Ereignismeldungen führen, welche einen möglicherweise gefährlichen Zustand anzeigen könnten. Die entsprechenden mechanischen Sensorbeeinflussun gen, die durch die Masse-Feder-Systeme absorbiert werden sol len, lassen sich vorab bei Testfahrten auf Referenzgleisen bestimmen. Die Masse-Feder-Systeme sind dann so auszulegen, daß nur mechanische Beanspruchungen oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes zum Ausgeben von Ereignismeldungen führen. Dabei kann für jeden Sensor zum Überwachen einer Fahrzeugkomponente oder Fahrzeugkomponentenanordnung ein anderer Schwellwert vorgegeben werden, je nach dem wie groß die im Normalbetrieb auftretenden als unkritisch anzusehenden mechanischen Beein flussungen dort sind.The sensors work with Mas installed in the vehicles se-spring systems together, which are designed so that only from a specifiable minimum mechanical stress speaking high-frequency signals = event messages output become. These mass-spring systems can be adjustable or they are directed to a specific application cut and dimensioned so that everyone can be considered normal mechanical loads on the sensors the and so do not lead to the output of event messages, which indicate a potentially dangerous condition could. The corresponding mechanical sensor influences conditions that should be absorbed by the mass-spring systems len, can be tested in advance on test runs on reference tracks determine. The mass-spring systems are then to be designed that only mechanical stresses above the specified Limit value to issue event messages. Here can be used for each sensor to monitor a vehicle component or vehicle component arrangement another threshold can be specified depending on how large they are in normal operation mechanical legs that appear to be uncritical there are rivers.

Die gegebenenfalls ausgelösten Ereignismeldungen werden drahtlos an eine Bewertungseinrichtung übermittelt. Diese Be wertungseinrichtung kann sich auf dem Fahrzeug befinden, von dem die Ereignismeldungen stammen, oder auf einem ausgewähl ten Fahrzeug des Fahrzeugverbandes. Dorthin sind dann die von den Sensoren generierten Hochfrequenzsignale oder daraus ab geleitete Größen zu übertragen und zwar entweder leitungsge bunden oder per Funk. Bei einem entsprechenden Aufwand an An tennentechnik ist es dabei sogar möglich, die Hochfrequenzsi gnale von den einzelnen Fahrzeugen über einen zwischen Schie nenbett und Zugunterseite gebildeten Hohlleiter an das ausge wählte Fahrzeug zu übertragen. Die Ereignismeldungen sind zur eindeutigen Zuordnung zu den einzelnen Sensoren oder Fahr zeugkomponenten mit entsprechenden unveränderlichen Identifi kationskennzeichen zu versehen, die wie die Ereignismeldungen von den Sensoren generiert werden können. The event messages that are triggered, if any transmitted wirelessly to an evaluation device. This Be evaluation device can be on the vehicle, from from which the event messages originate, or on a selected one vehicle of the vehicle association. There are those of generated high-frequency signals from the sensors or from them transmitted sizes to be transferred either line bound or by radio. With a corresponding effort to tennentechnik it is even possible to use the high frequency si signals from the individual vehicles via one between shooting nenbett and bottom of the waveguide formed on the out chose to transfer vehicle. The event messages are for clear assignment to the individual sensors or driving witness components with corresponding unchangeable identifi cations to be provided as the event messages can be generated by the sensors.

Auf den einzelnen Fahrzeugen oder auf dem ausgewählten Fahr zeug ist eine intelligente Bewertung der Ereignismeldungen vorgesehen. Dort findet eine zeitliche Bewertung der von ein ander entsprechenden Sensoren stammenden Ereignismeldungen statt. Aus dem Umstand, daß solche Ereignismeldungen aufein anderfolgend von den über die Fahrzeuge des Fahrzeugsverban des verteilt angeordneten Sensoren gemeldet werden, läßt sich eindeutig darauf schließen, daß das dokumentierte Ereignis sich auf die Fahrstrecke bezieht. Ein solches Ereignis kann z. B. das Überfahren eines Schienenstoßes oder eines Weichen bereiches sein. Wenn Ereignismeldungen nur einem oder einzel nen Sensoren zuzuordnen sind, kann auf ein Ereignis am be treffenden Fahrzeug, z. B. eine Flachstelle oder ein schad haftes Achslager, geschlossen werden. Auch dann kann es von Vorteil sein, eine Störungsmeldung erst dann aus zugeben, wenn solche Ereignismeldungen häufiger, möglicherweise zyklisch, oder ständig ausgegeben werden.On the individual vehicles or on the selected drive stuff is an intelligent evaluation of event reports intended. There is a temporal evaluation of a event messages originating from corresponding sensors instead of. From the fact that such event reports appear otherwise from those about the vehicles of the vehicle association of the distributed sensors can be reported clearly conclude that the documented event refers to the route. Such an event can e.g. B. driving over a rail joint or a switch area. If event reports are only one or individual NEN sensors can be assigned to an event on be hitting vehicle, e.g. B. a flat spot or a pity axle bearing to be closed. Even then it can from It is an advantage to only issue a fault report when such event reports more often, possibly cyclically, or be spent constantly.

Das einmalige Auftreten einer Störung an der ersten Achse des ersten Fahrzeugs eines Fahrzeugverbandes kann regelmäßig als streckenseitige Ereignis angesehen werden. Solche Beeinflus sungen entstehen, wenn das Führungsfahrzeug einen auf einer Schiene liegenden Fremdkörper, z. B. einen kleineren Stein, zermahlt oder gegen einen auf den Gleisen liegenden Ast fährt, der durch den Aufprall aus dem Lichtraumprofil der Fahrzeuge herausgeschleudert wird. Verkeilen sich dagegen Teile eines solchen Astes oder eines sonstigen Fremdkörpers am Fahrzeug und führen diese zu mechanischen Beanspruchungen irgendwelcher Sensoren, so ist dies aus der örtlichen und zeitlichen Bewertung der Sensorsignale erkennbar.The single occurrence of a fault on the first axis of the First vehicle of a vehicle association can be used regularly trackside event. Such influences solutions arise when the lead vehicle hits you on a Foreign bodies lying on the rail, e.g. B. a smaller stone, grinded or against a branch lying on the tracks drives through the impact from the clearance profile of the Vehicles is thrown out. Wedge against it Parts of such a branch or other foreign body on the vehicle and cause mechanical stress any sensors, this is from the local and temporal evaluation of the sensor signals recognizable.

Als besonders vorteilhaft zur Unterscheidung von Ereignismel dungen für das Erkennen streckenseitiger und fahrzeugseitiger Störungen wird die geschwindigkeitsabhängige und/oder achsmu sterbezogene Auswertung der Hochfrequenzsignale der einzelnen Sensoren angesehen. Hier läßt sich das Durchreichen einer Störung unter einem fahrenden Zug von der Zugspitze bis zum Zugschluß über die Geschwindigkeit bzw. die Achsmusterfolge eindeutig einem bestimmten Streckengeschehen zuordnen. Die Amplituden der Hochfrequenzsignale und gegebenenfalls auch deren Frequenzen sagen etwas aus über die Art der mechani schen Beanspruchung des Sensors und damit auf das mögliche Störgeschehen. So werden sich Sensorbeeinflussungen z. B. durch schadhafte Dämpfungsglieder deutlich unterscheiden von entsprechenden Sensormeldungen bei gebrochenen Fahrzeugauf hängungen.It is particularly advantageous for distinguishing event melts for the detection of trackside and vehicle side The speed-dependent and / or achsmu ster-related evaluation of the high-frequency signals of the individual Viewed sensors. Here you can pass a Disruption under a moving train from the Zugspitze to the Access via the speed or the axis pattern sequence clearly assign to a certain route. The Amplitudes of the radio frequency signals and possibly also their frequencies say something about the type of mechani stress on the sensor and thus on the possible Disturbance. So sensor influences z. B. clearly distinguish from by defective attenuators corresponding sensor messages when the vehicle is broken hangings.

Durch Anordnung eines zusätzlichen Sensors auf dem jeweils letzten Fahrzeug eines Fahrzeugverbandes, der so beschaffen ist, daß er im Gegensatz zu den übrigen Sensoren im Normalbe trieb, also ohne Störbeeinflussung, ständig oder häufig Er eignismeldungen ausgibt, ist es möglich, auf einem ausgewähl ten Fahrzeug des Fahrzeugverbandes das Vorhandensein des Zug schlusses zu überwachen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Sensor in ein außerordentlich hartes Masse-Feder-System ein zubetten ist, so daß bei den bei Fahrt verursachten Zug schwankungen bereits die dann als gefahrlos zu klassifizie renden Ereignismeldungen generiert, ausgegeben und übertragen werden.By arranging an additional sensor on each last vehicle of a vehicle association that procured so is that in contrast to the other sensors in the normalbe drive, i.e. without interference, constantly or frequently event reports, it is possible to select one vehicle of the vehicle association the presence of the train monitor in conclusion. This is achieved in that the Sensor into an extremely hard mass-spring system is to bed so that the train caused when driving fluctuations can then be classified as safe generated event reports, issued and transmitted become.

Zugschlußmeldungen können aber ohne jeglichen Zusatzaufwand auch dadurch gewonnen werden, daß das ausgewählte Fahrzeug die beim Überfahren von Schienenstößen und anderen markanten Gleisorten an den Fahrzeugsensoren zum Überwachen von Rad- und Achslagen auftretenden Stoßbelastungen erfaßt und aufsum miert. Solange die Anzahl der dabei detektierten Stöße kon stant bleibt, führt der Fahrzeugverband das Zugschlußfahrzeug mit sich. Train termination messages can, however, without any additional effort can also be obtained in that the selected vehicle the when driving over rail joints and other striking Track types on the vehicle sensors for monitoring wheel and axis positions occurring shock loads recorded and total lubricated. As long as the number of impacts detected thereby remains constant, the vehicle association leads the train closing vehicle with yourself.

Weiterhin ist es möglich, bei Verwendung mehrkanaliger diver sitär aufgebauter Sensoren nicht nur die mechanische Bean spruchung zugehöriger Fahrzeugkomponenten zu erfassen und zu bewerten, sondern auch aus der Phasendifferenz der Hochfre quenzsignale auf die Temperatur am Entstehungsort der Ereig nismeldungen zu schließen. Solche Sensoren können vorzugswei se zum Erfassen von Heißläufern verwendet werden.It is also possible to use multi-channel divers sitary sensors not only the mechanical bean to capture and to the associated vehicle components evaluate, but also from the phase difference of Hochfre Sequence signals on the temperature at the place of origin of the event close messages. Such sensors can preferably be used to detect hot runners.

Claims

1. A method for the detection of impending or suddenly occurring damage to rail vehicles and / or tracks, insofar as this damage has an impact on the driving quality of the vehicles, using sensors which are arranged locally distributed on the vehicles for detecting the vibration behavior of predetermined vehicle components or component arrangements , characterized in that the mechanical energies acting on the sensors are converted into high-frequency electrical energies and co-formed high-frequency signals are formed therefrom, which denote the size of the mechanical energies acting on the sensors and the identity of the relevant sensor or the relevant vehicle component, that the sensors interact with mass-spring systems installed on the vehicles, which are designed so that appropriate event messages are only output from a predefinable mechanical minimum load and that the high frequencies z signals transmitted to a vehicle-side evaluation device and evaluated there in such a way that from the fact that event messages can be sequentially assigned to the sensors distributed over the vehicles of the vehicle association, to a fault event on the route and from the fact that these event messages can only be assigned to one or individual sensors, a fault event on the vehicle concerned is concluded.

2. The method according to claim 1, characterized, that the nature of the mass-spring systems so chosen is that mechanical influences like the Sen sensors when driving in a proper condition reference tracks if the Adjust components on the vehicle in the mass-spring system be absorbed.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the high-frequency signals from a designated Emp receiving device on the respective vehicle and be evaluated there if necessary.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized, that the radio frequency signals by radio or wired transmit a selected vehicle from the vehicle association and be evaluated there together.

5. The method according to claim 4, characterized, that the high-frequency signals from the vehicles over a Hohllei formed between the rail bed and the underside of the train ter to the selected vehicle.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized, that the radio frequency signals to distinguish event Messages for trackside and vehicle-side malfunctions event in its chronological order speed-dependent and / or based on the axis pattern.

7. The method according to claim 6, characterized, that from the repeated occurrence of event messages a sensor for a malfunction or an impending disturbance on at least one driver monitored by this sensor tool component is closed.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized, that from the temporal evaluation of the phase difference of the High-frequency signals of a multi-channel diversified structure Sensor on the temperature at the point of origin of an event message is closed.

9. The method according to any one of claims 4 to 8, characterized, that on the last vehicle of a vehicle association additional sensor-monitored hard mass-spring system in is installed, whose triggered when the train fluctuates Event messages in the selected vehicle as the end of the train messages are evaluated.

10. The method according to any one of claims 3 to 9, characterized, that the selected vehicle from the presence of an im same number of event messages when driving on Rail joints and other rail anomalies on the Mit lead his final vehicle is closed.