DE19846931C2

DE19846931C2 - Verfahren zur Überwachung von radgestützten Transportsystemen

Info

Publication number: DE19846931C2
Application number: DE1998146931
Authority: DE
Inventors: Horst Guenther; Andreas Weddigen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2018-10-13
Also published as: DE19846931A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwa chung von radgestützten Transportsystemen.

Mit zunehmender Geschwindigkeit und/oder Automatisierung radgestützter Transportsysteme besteht ein steigender Bedarf an Überwachungssystemen, welche Schäden zuverlässig erfassen, damit auch automatisiert werden können und in der Lage sind, bei Bedarf in den Steuerprozeß des Gesamtsystems einzugreifen.

Im Hauptanwendungsgebiet, das heißt bei der on-line-Überwachung der Räder von schienengebundenen Fahrzeugen, wird eine entsprechende Überwachung der Radreifen am bewegten System weltweit nicht durchgeführt. Es ist bekannt, daß die Radreifen von schienengebundenen Transportsystemen zerstörungsfrei mit Ultraschallprüfverfahren im Rahmen der Wartungsintervallen am nicht bewegten System geprüft werden. Ferner ist bekannt, daß man zur Vermeidung der prinzipbedingten Anfälligkeit von Radreifen für Ermüdungsrisse auf die Verwendung von wesentlich unwirtschaftlicheren Vollrädern ohne Radreifen ausweicht.

Auch bei anderen radgestützten Transportsystemen, wie zum Beispiel bei Automobilen und Anhängern, bei Flugzeugfahrwerken oder bei Transportbändern sind einschlägige on-line Überwachungssysteme unbekannt.

Ferner ist ein Überwachungssystem, welches bei schienengebunde nen Fahrzeugen während der Fahrt Störungen, hervorgerufen durch Gegenstände, die auf den Gleisunterbau (zum Beispiel Schwellen) schla gen, nicht bekannt.

Es ist bekannt, daß eine Schadstelle auf der Lauffläche eines abrollenden Rades ein wiederkehrendes Geräusch mit einem charak teristischem Frequenzspektrum verursacht, welches aus dem Ge samtgeräusch deutlich hervortritt, mit geeigneten Verfahren herausgefiltert werden kann und mittels geeigneter Auswertever fahren (zum Beispiel FFT) charakterisiert und dokumentiert werden kann.

Aus der DE 34 37 661 A1 ist folgendes Verfahren bekannt. Mit Hilfe an einer Eisenbahnstrecke angeordneter Schallaufnehmern werden durch Luftschwingungen übertragene Schwingungen eines vorbeifahrenden Zuges aufgenommen und mit vorher aufgenommenen Sollwerten verglichen.

Des weiteren ist aus der DE 21 05 869 A1 ein Verfahren zur Er mittlung von Laufflächenschäden an Eisenbahnrädern bekannt. Da bei werden an den Achslagern Messfühler zum Messen von Beschleu nigungen angebracht. Aus diesen Beschleunigungsmesswerten werden von Laufflächenschäden herrührende Signale aus dem Gesamtsignal spektrum herausgefiltert.

Es ist bekannt, daß nach Schadenseintritt auf der Lauffläche ei nes abrollenden Rades und das Auslösens meist größerer Folge schäden eine bestimmte Zeit verstreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit wenig Aufwand Schäden an Rädern und Transportsystemkomponenten erfaßt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens. Der Vorteil der Erfindung liegt in der einfachen und flexiblen Nachrüstbarkeit an vorhandener Transportsystemen, ohne in den Bewegungsablauf der Räder und anderer Transportkom ponenten einzugreifen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sich mit wenigen, den Meßaufnehmern eine größere Anzahl an Rä dern oder andere Systemkomponenten eines Transportsystems über wachen lassen. Ferner liegt ein Vorteil der Erfindung darin, daß das System Schäden mit sehr hoher Sicherheit erfaßt und so eine Automatisierung der Fehlerdiagnose und von möglichen Gegenreaktionen mit sehr hoher Betriebssicherheit erst ermöglicht. Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß das radgestützte Transportsystem ein schienengebundens Fahrzeug ist, bei dem Geräusche und Schwingungen korreliert werden mit der Umlauffrequenz der Laufräder und/oder der Frequenz, die dem Schwellenabstand der Schiene entspricht.

Beispiel 1

Bei Eisenbahnzügen können zwei verschiedene periodische Störun gen mit unterschiedlicher Frequenz auftreten, die mit der Zug geschwindigkeit korreliert sind. Zum einen manifestieren sich Störungen am Radlauffläche durch Geräusche mit einer Frequenz, die der Kreisfrequenz des umlaufenden Rades entspricht. Zum an deren können Gegenstände, welche mit Fahrzeuggeschwindigkeit über die Schwellen bewegt werden, an diesen periodische Schlag geräusche verursachen.

Diese beiden möglichen Frequenzen können aus der an sich beim Zug bekannten Geschwindigkeit mit Hilfe des Radumfangs und des mittleren Schwellenabstandes (der bei der Betreibergesellschaft des Schienenweges dokumentiert ist) ermittelt werden. Grundsätz lich gibt es nun zwei Möglichkeiten, diese Störungen zu detek tieren, und zwar indirekt akustisch über Mikrophone und direkt über Körperschallübertragung. Bei der akustischen Erfassung über Mikrophone wird der Mikrophonausgang zum Beispiel über Filterver stärker, deren charakteristische Filterkurve den ermittelten Werten der periodischen Störungen nachgeführt wird. Weiterhin können die Mikrophonausgänge auch mit einem Fouriertransforma tionsmodul auf den Gehalt von Oberschwingungen zerlegt werden.

Ein Vorteil dieser Methode beruht darin, daß mit einem Mikrophon alle Räder eines Waggons oder mehrere ganze Waggons überwacht werden können.

Zusätzlich zu der vorangegangen beschriebenen akustischen Über wachung mit Mikrophonen oder auch als alleinige Methode kann der Körperschall für eine akustische Überwachung herangezogen werden, wobei die Aufnehmer direkt mit den Teilen des Fahrwerks (Radlager oder Drehgestelle) verbunden sind. Auch hier werden die aufgenommen Frequenzspektren, wie oben beschrieben, auf die beiden möglichen periodischen Störungen hin untersucht.

Durch den Vergleich der Frequenzspektren mit katalogisierten Werten oder bereits bei anderen Störfällen aufgenommenen Spek tren läßt sich die Art der Störung eingrenzen. Zieht man zu sätzlich den Vergleich der an verschiedenen Stellen am Fahrzeug gemessenen Spektren, ähnlich wie bei einer Modalanalyse, für eine Auswertung heran, kann je nach Anordnung der Aufnehmer der Ort der Störung bestimmt werden.

Ist der Schaden in Art und Lokalität bekannt, kann eine gezielte Reaktion, beispielsweise die Einleitung einer gemäßigten Brem sung ausgelöst werden, wobei zum Beispiel bei einer Bremsung das de fekte Rad nicht mit gebremst wird, oder je nach dem weiteren Streckenverlauf (zum Beispiel bei Weichen, Tunnel oder Brücke) eine Notbremsung ausgeführt wird. Bei der individuellen Gestaltung des Bremsvorgangs kann auch die Information einfließen, an wel chem Waggon oder Triebkopf, ob am Zugende oder am Anfang, der Schaden entstanden ist.

Die Lokalisierung des Schadens kann ferner durch eine Korrela tion der Signale mehrerer, an verschiedenen Stellen des Zuges angebrachten Aufnehmern unterstützt werden.

Grundsätzlich kann die Datenübertragung im Zug auch über vorhan dene Signalübertragungswege (zum Beispiel Leitungen von Lautsprecher anlagen) erfolgen, wobei die Signale bei Verwendung der hierfür üblichen Techniken aufmoduliert werden.

Beispiel 2

Auch bei anderen straßen- und schienengebundenen Fahrzeugen und bei startenden und landenden Flugzeugen ist das Auftreten von periodischen Störungen, welche mit der Fahrgeschwindigkeit kor relieren, möglich. Auch hier entspricht die Taktfrequenz der Kreisfrequenz des umlaufenden Rades. Sie wird mit einer Refe renzfrequenz verglichen, welche einerseits mit der direkten Messung der Kreisfrequenz am umlaufenden Rad gemessen oder indi rekt über die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Radgeometrie er mittelt werden kann. Die Erfassung der Störungen über Mikrophone oder andere Aufnehmer, dessen Herausfiltern aus den Umgebungsge räuschen, die Weiterverarbeitung bis hin zur Analyse des Scha dens aus den Frequenzspektren und das Auslösen einer Reaktion verlaufen analog der im Beispiel 1 angesprochenen Algorithmen.

Beispiel 3

Förderbänder werden meist durch Laufrollen gestützt und geführt, welche unter dem Band meist in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Bei einer Beschädigung des Transportbandes wird diese mit konstanter Geschwindigkeit über die Rollen gezogen, wobei bei jeder Berührung der Beschädigung mit einer Rolle ein Geräusch hervorgerufen wird, welches mit einem Mikrophon oder über Schwingungsaufnehmer aufgenommen werden kann. Wie auch am umlau fenden Rad gemäß den Beispielen 1 und 2 kann die Taktfrequenz des Geräusches, verursacht durch das Überrollen der Transport bandbeschädigungen auf die Laufrollen, mit der Bandgeschwindig keit korreliert, die Beschädigung unter Anderem über eine Auflösung des Frequenzsprektrums diagnostiziert und entsprechende Fehlermel dungen zum Auslösen einer Reaktion ausgelöst werden. Dieses Ver fahren eignet sich auch für den Einsatz in Druckereien zur Über wachung der durchlaufenden Papierbänder beim Druckvorgang, wobei das durchlaufende Druckpapier dem Förderband entspricht. Wie beim Einsatz in Eisenbahnzügen kann in dem vorliegendem Beispiel ein Überwachungssystem für die Überwachung mehrere Transportbän der eingesetzt werden. Hierbei kann allein durch eine geeignete Positionierung mehrerer Aufnehmer, dessen Signale zentral erfaßt und untereinander korreliert werden können, der Schaden automa tisch lokalisiert werden.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung von radgestützten schienengebunden en Fahrzeugen mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Erfassen und Überwachen der durch das Transportsystem verursachten Geräusche und Schwingungen mit Schall und Schwingungsaufnehmern,
b) Herausfiltern periodischer Signale aus den Geräuschen und Schwingungen,
c) Korrelieren dieser herausgefilterten periodischen Signale mit der Schwellenabstandsfrequenz oder der Schwellenabstandsfrequenz und der Umlauffrequenzen der Räder, sowie
d) Vergleichen dieser Korrelationen mit einem Katalog von möglichen Störungszuständen und Melden der erkannten Störung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrelation Filterverstärker mit der charakteristischen Radfrequenz oder Schwellenabstandsfrequenz verwendet werden oder daß die Korrelation eine Fourier-Transformation ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Weiterleitung der Signale bereits vorhan dene Leitungssysteme benutzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekenn zeichnet, daß als Schwingungs- und Schallaufnehmer ein aku stisches Mikrophon und/oder piezoelektrische Schwingungsauf nehmer verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekenn zeichnet, daß die Schwingungsaufnehmer im Kontakt mit den La gerungen der Antriebskomponenten und/oder Räder stehen.