DE19919604A1 - Mess-Diagnose-Aktions-System (MDA) an Eisenbahnfahrzeugen - Google Patents
Mess-Diagnose-Aktions-System (MDA) an EisenbahnfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System von Messungen an Eisenbahnachsen, der Diagnose von
Fehlerursachen und sich daraus ableitenden Aktionen zur frühestmöglichen Schadensmini
mierung.
Der Zweck des MDA-Systems besteht darin im Betrieb d. h. während des Fahrens, Fehler
unterschiedlichster Ursache am rollenden Rad zu registrieren und zu analysieren, um Reak
tionen sofort auszulösen.
Der Zweck - in der oben beschriebenen Form - wurde bislang im Eisenbahnverkehr weder
erkannt noch realisiert. Alle vorhandenen Prüfungen beziehen sich auf Inspektions- und
Wartungsarbeiten am ruhenden Rad und in Ausnahmefällen an punktuell örtlich eingebauten
Messeinrichtungen im Gleis (z. B. Heissläuferortungsanlagen).
Am stehenden Fahrzeug sind Schäden nur schwer oder nur in Inspektionsintervallen erkenn
bar. Fehlerursachen während der dynamischen Abläufe werden derzeit überhaupt nicht auf
gezeichnet. Eine sich entwickelnde drohende Gefahr, beispielsweise eine Entgleisung wird
weder erkannt noch kann zeitnahe darauf reagiert werden.
Die Aufgabe des MDA-Systems besteht darin, an Eisenbahnfahrzeugen
- 1. durch Messeinrichtungen (Positions-, Erschütterungs- und Temperaturmessungen) Unre gelmäßigkeiten festzustellen,
- 2. die Ursachen zu einer Auswerteeinheit zu diagnostizieren und
- 3. Schäden anzuzeigen, zu verhindern oder zu minimieren.
Das Patent konzentriert sich zunächst nur auf Schäden an den Fahrzeugen, insbesondere an
Einzelachsen bzw. Drehgestellen.
Im Besonderen
- - auf Flachstellen, Umrundungen und Risse des Radreifens.
- - auf blockierte Achsen (Heissläufer) und
- - auf drohende bzw. bereits erfolgte Entgleisungen.
Theoretisch können auch Fehler am Fahrweg, im Besonderen an der Schiene analysiert und
ausgewertet werden. Die MDA ist jedoch nicht als Messfahrzeug für den Oberbau zu verste
hen. Sondern soll in erster Linie "Fahrtenschreiber" und "Rettungssystem" zugleich sein.
Die Aufgaben werden durch unterschiedliche - je nach Gefährdungspotential -, teilweise dop
pelt abgesicherte Messinstrumente, durch eine Auswerte- und Steuerungseinheit und durch
einen Aktionsplan gelöst.
Die Messeinrichtungen (ME)
Die Positionsmessungen "P"
Gemessen wird die Lage des Rades zur Schiene. Als Messeinrichtung können sowohl optische als auch elektromagnetische Messverfahren zur Anwendung kommen. Gemessen wird am Radaufbau, unmittelbar vor und/oder hinter dem rollenden Rad oder aber zwischen den Rä dern von Drehgestellen über beiden Schienen.
Die Positionsmessungen "P"
Gemessen wird die Lage des Rades zur Schiene. Als Messeinrichtung können sowohl optische als auch elektromagnetische Messverfahren zur Anwendung kommen. Gemessen wird am Radaufbau, unmittelbar vor und/oder hinter dem rollenden Rad oder aber zwischen den Rä dern von Drehgestellen über beiden Schienen.
Gemessen wird der Kontakt zum Schienenkopf in die Höhe und die Richtung:
P1: Fallender Abstand (zwischen 3-7 cm - fehlender Radreifen),
P2: steigender Abstand (ungefähr 2, 5 cm - Radreifen steigt auf),
P3: Richtungsänderung (als Winkelfunktion) oder Kontaktverlust (Entgleisung).
P1: Fallender Abstand (zwischen 3-7 cm - fehlender Radreifen),
P2: steigender Abstand (ungefähr 2, 5 cm - Radreifen steigt auf),
P3: Richtungsänderung (als Winkelfunktion) oder Kontaktverlust (Entgleisung).
Hilfsweise können auch die Abstände zwischen dem Achslagergehäuse und der Achslagerlei
ste bzw. der Federfangplatte als Messung mit herangezogen werden.
Die Erschütterungsmessungen " E "
Gemessen werden außergewöhnliche Erschütterungen am Radsatz. Als Messeinrichtung kommen alle herkömmlichen Beschleunigungsmesser in Frage, vorzugsweise piezo elektrische Messgeber. Die Messinstrumente werden vorzugsweise am Achslagergehäuse an geordnet. Dort sind die Erschütterungen, besonders in vertikaler Richtung, am ausgeprägte sten.
Gemessen werden außergewöhnliche Erschütterungen am Radsatz. Als Messeinrichtung kommen alle herkömmlichen Beschleunigungsmesser in Frage, vorzugsweise piezo elektrische Messgeber. Die Messinstrumente werden vorzugsweise am Achslagergehäuse an geordnet. Dort sind die Erschütterungen, besonders in vertikaler Richtung, am ausgeprägte sten.
Gemessen wird die Intensität und Dauerhaftigkeit der Erschütterungen:
E1: Langwellige mittelstarke Schläge (~ alle 2,80 m - Flachstelle),
E2: kurzwellige leichte Schläge (2-10 cm - fehlender Radreifen),
E3: sehr starke unregelmäßige Schläge (~ 0,60 m - 1,50 m Entgleisung).
E1: Langwellige mittelstarke Schläge (~ alle 2,80 m - Flachstelle),
E2: kurzwellige leichte Schläge (2-10 cm - fehlender Radreifen),
E3: sehr starke unregelmäßige Schläge (~ 0,60 m - 1,50 m Entgleisung).
Temperaturmessungen "T"
Gemessen werden die Temperaturen am Achslagergehäuse, um blockierende Radachsen zu erkennen und drohende Achsschenkelbrüche zu verhindern. Messinstrumente sind herkömm liche bekannte Geräte, die wie die "E"-Messungen ebenfalls am Achslagergehäuse ange bracht sind.
Gemessen werden die Temperaturen am Achslagergehäuse, um blockierende Radachsen zu erkennen und drohende Achsschenkelbrüche zu verhindern. Messinstrumente sind herkömm liche bekannte Geräte, die wie die "E"-Messungen ebenfalls am Achslagergehäuse ange bracht sind.
Gemessen werden anormale Temperaturbereiche mit
T1: leichter Erhöhung der Temperatur (°) - (Warnung),
T2: starke Erhöhung (von . . . ° bis ""' - Langsamfahrt),
T3: sehr starke Überhitzung (über . . . ° - drohender Bruch).
T1: leichter Erhöhung der Temperatur (°) - (Warnung),
T2: starke Erhöhung (von . . . ° bis ""' - Langsamfahrt),
T3: sehr starke Überhitzung (über . . . ° - drohender Bruch).
Geschwindigkeitsmessung "V"
Für die anschließende Auswertung ist die Weg-Zeit-Messung erforderlich. Die Messinstru mente sind einfachster Natur. Gemessen wir beispielsweise vom Achslagergehäuse die dre hende Achse.
Für die anschließende Auswertung ist die Weg-Zeit-Messung erforderlich. Die Messinstru mente sind einfachster Natur. Gemessen wir beispielsweise vom Achslagergehäuse die dre hende Achse.
Auswertungs- und Steuerungseinheit (AS)
Die Signale der Masseinrichtungen kommen zunächst ungefiltert in die AS. Dort werden sie analysiert, weggefiltert, soweit sie nicht relevant sind oder führen gegebenenfalls zu weiteren Steuerimpulsen.
Die Signale der Masseinrichtungen kommen zunächst ungefiltert in die AS. Dort werden sie analysiert, weggefiltert, soweit sie nicht relevant sind oder führen gegebenenfalls zu weiteren Steuerimpulsen.
Die AS ist pro Fahrzeug einmal vorhanden. Die Steuerimpulse werden je nach Ausrüstung
nur lokal (am Fahrzeug) oder aber an eine Zentrale im Triebfahrzeugstand und an den Steue
rungskopf übertragen.
Die AS ist mit einer Funktionskontrolle, einem Energiespeicher, einer Aufzeichnungs- (Spei
cher-) Möglichkeit und der Möglichkeit zur Rückstellung und/oder Überbrückung ausgerü
stet.
Die Auswerteeinheit (AE)
Die AE empfängt die Signale der Messinstrumente, vergleicht sie mit parallel laufenden bzw. räumlich versetzten Messgebern unter Berücksichtigung der Weg-Zeit-Achse und überprüft gegebenenfalls das Ergebnis mit den relevanten Ergebnissen aller anderen Messungen.
Die AE empfängt die Signale der Messinstrumente, vergleicht sie mit parallel laufenden bzw. räumlich versetzten Messgebern unter Berücksichtigung der Weg-Zeit-Achse und überprüft gegebenenfalls das Ergebnis mit den relevanten Ergebnissen aller anderen Messungen.
Eine wichtige Aufgabe der AE ist es, nicht relevante Messungen auszufiltern um Fehlreaktio
nen zu vermeiden.
Signalauswertungen (SA)
Temperaturauswertung (SA-T)
Die Temperaturmessungen am Achslager werden nach drei Reaktionsbereichen analysiert:
SA-T1: Überhöhte Temperatur, bis . . . Grad
(mit dem Achtungssignal als Reaktion).
SA-T2: gefährdenter Temperaturbereich zwischen . . . bis . . . Grad
(Aktion Langsamfahrt),
SA-T3: gefährlicher Temperaturbereich ≧ . . . Grad
(Einleitung einer Normalbremsung).
Temperaturauswertung (SA-T)
Die Temperaturmessungen am Achslager werden nach drei Reaktionsbereichen analysiert:
SA-T1: Überhöhte Temperatur, bis . . . Grad
(mit dem Achtungssignal als Reaktion).
SA-T2: gefährdenter Temperaturbereich zwischen . . . bis . . . Grad
(Aktion Langsamfahrt),
SA-T3: gefährlicher Temperaturbereich ≧ . . . Grad
(Einleitung einer Normalbremsung).
Positionsauswertungen (SA-P)
Höhenmessungen, vorausgehen sollte ein Kalibrierung des Ist = Nullzustandes, um den aktu ellen Radreifenverschleiß zu berücksichtigen.
Höhenmessungen, vorausgehen sollte ein Kalibrierung des Ist = Nullzustandes, um den aktu ellen Radreifenverschleiß zu berücksichtigen.
SA-P1: Geringer werdender Abstand zwischen Messinstrument und Schienenkopf; Größen
ordnung ≧ 3 cm ≘ minimaler Radreifenstärke, d. h. ein Radreifen ist verloren gegan
gen, eine Entgleisung steht unmittelbar bevor.
Kontrolle über Wiederholungsmessungen, um die Lücke vor dem Herzstück als Ur sache auszuschließen.
Aktion: Einleitung einer Normalbremsung.
Kontrolle über Wiederholungsmessungen, um die Lücke vor dem Herzstück als Ur sache auszuschließen.
Aktion: Einleitung einer Normalbremsung.
SA-P2: Größer werdender Abstand zum Messort, Größenordnung ≧ 2,5cm ( = 28 mm kleinste
Spurkranzhöhe), d. h. der Spurkranz "klettert" auf den Schienenkopf auf d. h. eine
Entgleisung steht bevor.
Kontrolle über Wiederholungsmessungen, um die Lücke vor dem Herzstück als Ur sache auszuschließen.
Aktion: Einleitung einer Notbremsung.
Kontrolle über Wiederholungsmessungen, um die Lücke vor dem Herzstück als Ur sache auszuschließen.
Aktion: Einleitung einer Notbremsung.
SA-P3: Der Kontakt zum Schienenkopf geht verloren (vorangegangene Winkelabweichung);
es ist eine Entgleisung erfolgt.
Aktion: Einleitung einer Notbremsung
Anmerkung: Die Positionsmessung allein wäre ausreichend, um eine bevorstehende oder bereits erfolgte Entgleisung zu erfassen und die erforderlichen Aktionen aus zulösen.
Aktion: Einleitung einer Notbremsung
Anmerkung: Die Positionsmessung allein wäre ausreichend, um eine bevorstehende oder bereits erfolgte Entgleisung zu erfassen und die erforderlichen Aktionen aus zulösen.
Erschütterungsauswertungen (SA-E)
Ausgewertet werden außergewöhnliche Erschütterungen, wobei durch vergleichende Mes sungen " normale " Vorkommnisse wie z. B. Überfahren von Zungen, Stöße und Oberflächen fehler der Schiene weggefiltert werden müssen.
Ausgewertet werden außergewöhnliche Erschütterungen, wobei durch vergleichende Mes sungen " normale " Vorkommnisse wie z. B. Überfahren von Zungen, Stöße und Oberflächen fehler der Schiene weggefiltert werden müssen.
SA-E1: Langweilige mittelstarke Schlage:
Ursachen sind Flachstellen oder Anrisse im Radreifen.
Auszuschließen, d. h. weggefiltert werden Unregelmäßigkeiten an der Schiene durch vergleichende Wiederholungsmessungen. d. h. z. B. der Schienenbruch wirkt sich als Einmalschlag aus während die Flachstelle pro Radumdrehung auftritt.
Keine unmittelbare Gefährdung aber ein hoher wirtschaftlicher Schaden, bei einem Radreifenanriss eine bevorstehende Gefahr.
Aktion: Signalisation durch Aufzeichnung bzw. Kennzeichnung der betroffenen Ach se.
Ursachen sind Flachstellen oder Anrisse im Radreifen.
Auszuschließen, d. h. weggefiltert werden Unregelmäßigkeiten an der Schiene durch vergleichende Wiederholungsmessungen. d. h. z. B. der Schienenbruch wirkt sich als Einmalschlag aus während die Flachstelle pro Radumdrehung auftritt.
Keine unmittelbare Gefährdung aber ein hoher wirtschaftlicher Schaden, bei einem Radreifenanriss eine bevorstehende Gefahr.
Aktion: Signalisation durch Aufzeichnung bzw. Kennzeichnung der betroffenen Ach se.
SA-E2: Kurzwellige leichte Schläge "rumpeln": Ursache kann ein verlorengegangener
Radreifen sein; ein Vergleich mit SA-P1 (fallende Höhe) ist erforderlich, weil relativ
häufig vorkommende nicht sicherheitsrelevante Riffel oder Wellen auf der Schiene
das gleiche Spektrum verursachen.
Aktion: Es ist eine Normalbremsung einzuleiten.
SA-E3: Sehr starke Einzelschläge: die Achse ist entgleist.
Ein Abgleich ist davor über mehrere Schläge zu verfolgen (mehr als drei) um Einzel ereignisse an der Schiene als Verursachung auszuschließen.
Aktion: Einleitung einer Notbremsung.
Aktion: Es ist eine Normalbremsung einzuleiten.
SA-E3: Sehr starke Einzelschläge: die Achse ist entgleist.
Ein Abgleich ist davor über mehrere Schläge zu verfolgen (mehr als drei) um Einzel ereignisse an der Schiene als Verursachung auszuschließen.
Aktion: Einleitung einer Notbremsung.
Steuereinheit (SE)
Entsprechend der Signalauswertung (SA) werden die unterschiedlichsten Aktionen durch die Steuereinheit (SE) ausgelöst.
Entsprechend der Signalauswertung (SA) werden die unterschiedlichsten Aktionen durch die Steuereinheit (SE) ausgelöst.
Dabei wird zunächst auf die unterschiedliche Ausrüstung der Fahrzeuge in der Energiever
sorgung hingewiesen, d. h. alle Güterwagen haben in der Regel keine elektrische Versorgung.
Diese müssten entweder nachgerüstet werden oder eine eingeschränkte Lösung pro Waggon
gewählt werden.
Eine weitere grundsätzliche Überlegung ist die zentrale Erfassung im Führerstand, von der
zunächst ausgegangen wird.
Schließlich wird noch auf die Rückverfolgung, d. h. die Identifikation der schadhaften Achse
hingewiesen. Der "Komfort" des MDA-Systems kann von der "Bedeutung" des Zugverban
des abhängig gemacht werden.
A: 0 Alle relevanten Informationen werden in die Führerstände übertragen und abgespei
chert, der " Zugschreiber ".
Die Signale zum aktuellen Eingriff - unterschieden nach Gefahrenklassen - werden op tisch und/oder akustisch angezeigt.
A : 1: Anzeige: Von (A) Flachstellen oder (B) möglichen Radreifenrissen. Weiterfahrt, beim nächsten Halt Überprüfung auf A oder B.
Bei Flachstellen (A), Kennzeichnung für den Wagenmeister; bei Radreifenrissen Ent scheidung, ob der Waggon ausrangiert werden muss oder bis zum Zielort durchlaufen kann.
A : 2 Warnung: Besondere Überwachungsfunktion, z. B. der Temperatur
A : 3 Weiterfahrt mit reduzierter Geschwindigkeit
A : 4 Einleitung einer normalen Bremsung
A : 5 Auslösung einer Notbremsung
A0/A1/A2 sind Informationen an den Triebfahrzeugführer,
A3/A4 beinhalten aktives Handeln des Triebfahrzeugführers,
A5 sollte bereits eine automatische Auslösung am betroffenen Waggon ausgelöst haben; als weitere Sicherheit der Eingriff des Triebfahrzeugführers.
Die Signale zum aktuellen Eingriff - unterschieden nach Gefahrenklassen - werden op tisch und/oder akustisch angezeigt.
A : 1: Anzeige: Von (A) Flachstellen oder (B) möglichen Radreifenrissen. Weiterfahrt, beim nächsten Halt Überprüfung auf A oder B.
Bei Flachstellen (A), Kennzeichnung für den Wagenmeister; bei Radreifenrissen Ent scheidung, ob der Waggon ausrangiert werden muss oder bis zum Zielort durchlaufen kann.
A : 2 Warnung: Besondere Überwachungsfunktion, z. B. der Temperatur
A : 3 Weiterfahrt mit reduzierter Geschwindigkeit
A : 4 Einleitung einer normalen Bremsung
A : 5 Auslösung einer Notbremsung
A0/A1/A2 sind Informationen an den Triebfahrzeugführer,
A3/A4 beinhalten aktives Handeln des Triebfahrzeugführers,
A5 sollte bereits eine automatische Auslösung am betroffenen Waggon ausgelöst haben; als weitere Sicherheit der Eingriff des Triebfahrzeugführers.
Die Notbremsung wird ausgelöst, indem
(A) ein im aktiven Luftkreislauf speziell eingebautes Ventil - durch beispielsweise eine "Zünd pille" - geöffnet wird oder
(B) der elektrische Stromkreis - beispielsweise durch eine Überspannung - unterbrochen wird.
(A) ein im aktiven Luftkreislauf speziell eingebautes Ventil - durch beispielsweise eine "Zünd pille" - geöffnet wird oder
(B) der elektrische Stromkreis - beispielsweise durch eine Überspannung - unterbrochen wird.
Der Mechanismus der Notbremsung sollte für Notsituationen (beispielsweise Unfall im Tun
nel) oder für Bergungsarbeiten (Weiterfahrt) überbrückt bzw. zurückgestellt werden können.
Die Zusammenhänge sind in den Schemaskizzen 1 und 2 zusammenfassend dargestellt.
Für den Fall der "Nichtvernetzung" (Insellösung pro Fahrzeug) kommt nur A5 Notbremsung
zum Tragen.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen die Anordnung der Messinstrumente an einer
Einzelachse. Dargestellt ist der Gleisrost (Schiene 1 und Schwelle 2) und der
Radsatz mit dem Rad 3, der Radsatzachse 8, dem Achslagergehäuse 4 und den
dazugehörigen Konstruktionen bis zum Waggonaufbau 7 (Achslagerbock 5, Feder
6).
Die Erschütterungsmessung 10 und die Temperaturmessung erfolgt am
Achslagergehäuse 4. Die Positionsmessung 12 erfolgt über dem Schienenkopf 1.
Die Fig. 4 zeigt ein Drehgestell in der Ansicht mit den wesentlichen Teilen, wie in
den Fig. 1-3 beschrieben.
Die Fig. 5-8 zeigen Ausführungsbeispiele der Positionsmessung. Dargestellt sind
die Schienenquerschnitte 1 mit dem Radreifenprofil 3 und der Position der
Messeinrichtung 12.
Fig. 5 zeigt die normale Position "A" = Differenz Schienenkopf zur Messeinrichtung
12.
Fig. 6 zeigt das Übersteigen des Spurkranzes über den Schienenkopf (Hebung auf
der rechten Seite H1).
Fig. 7 und 8 zeigen den Schienenbau mit einem verlorengegangenen Radreifen
Fig. 7 die geringere Höhe H2 auf der rechten Seite
Fig. 8 die geringere Höhe rechts, und das Aufsteigen links, Unterschied H3
Fig. 9 (zur Erläuterung) das Gesamt-System, nämlich die Schiene 1, das Rad 2, die
Positionsmessung 12 und die Temperatur- und Erschütterungsmessungen 10/11,
die Auswerteeinheit 13 mit der Verbindung zur Notbremse 14 bzw. zum
Triebfahrzeugführer 15
Fig. 9B zeigt die geöffnete Notbremse 14B und den abgeleiteten Bremsvorgang 16.
Fig. 10 zeigt eine Systemskizze eines Luft-Sicherheitssystems.
Sämtliche in der Beschreibung und/oder in den Zeichnungen offenbarte Merkmale
können einzeln oder in Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Claims (2)
1. Verfahren bei an Rädern von Eisenbahnfahrzeugen auftretenden Fehlern, bei
dem im Betrieb, d. h. während des Fahrens Fehler am rollenden Rad registriert
und analysiert werden und als Folge der Analyse geeignete Reaktionen
insbesondere betreffend den weiteren Fahrbetrieb ausgelöst werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch an den Eisenbahnfahrzeugen angebrachte Messeinrichtungen zum
Registrieren von Unregelmäßigkeiten, Auswerteinrichtungen zum Analysieren
der mit den Messeinrichtungen gewonnenen Signale, und Steuereinrichtungen
zum Erzeugen von Alarmsignalen und/oder optischen Anzeigen und/oder
Signalen zur unmittelbaren Beeinflussung des Fahrbetriebes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999119604 DE19919604B4 (de) | 1999-04-29 | 1999-04-29 | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von im Betrieb autretenden Fehlern an Rädern von Eisenbahnfahrzeugen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999119604 DE19919604B4 (de) | 1999-04-29 | 1999-04-29 | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von im Betrieb autretenden Fehlern an Rädern von Eisenbahnfahrzeugen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19919604A1 true DE19919604A1 (de) | 2000-11-02 |
| DE19919604B4 DE19919604B4 (de) | 2009-08-13 |
Family
ID=7906344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1999119604 Expired - Lifetime DE19919604B4 (de) | 1999-04-29 | 1999-04-29 | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von im Betrieb autretenden Fehlern an Rädern von Eisenbahnfahrzeugen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19919604B4 (de) |
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