DE202004012611U1 - Modulares, aufrüstbares und funktionskombiniertes Diagnosesystem mit autonomer Stromversorgung zur Überwachung des Ladeguts, zur Ermittlung des technischen Zustands und der Betriebsdaten von Schienenfahrzeugen ohne eigenen Antrieb - Google Patents
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Abstract
Modulares,
aufrüstbares
und funktionskombiniertes Diagnosesystem mit autonomer Stromversorgung
zur Überwachung
des Ladeguts, zur Ermittlung des technischen Zustands und der Betriebsdaten
von Schienenfahrzeugen ohne eigenen Antrieb, angebracht an und/oder
in einem Schienenfahrzeug, insbesondere am/im Kessel, Ladegutbehälter (1)
und/oder Schienenrad mit Achse (2), wahlweise bestehend aus einem
Kessel-Sensor-Modul (3), welches den Kessel/Ladegutbehälter (1)
nahezu vollständig
vorzugsweise senkrecht durchquert und zumindest besteht aus Modulrohr
(3.1), Moduldeckel (3.2), Modulflansch (3.3), Steigrohr (3.4), Druck-Sensor
(3.5), Differenzdruck-Sensor (3.6), Temperatur-Sensor (3.7), Controller
mit Speicher (3.8), Funkbus-Modem (3.9), Funkbus-Antenne (3.10), optional Dichtheitsüberwachungs-Sensor
(3.11) in Verbindung mit einer unter Druck stehenden Schutzgasfüllung in
einer Druckkammer mit Druckkanal, Betriebs- und Diagnosefirmware,
optional Energiespeicher (3.12), optional Füllstands-Sensor und einem Rad-Sensor-Modul (4)
mit Temperatur-Sensor, Lagerschaden-Sensor, Bremsverschleiß-Sensor,
Controller, Speicher, Funkbus-Modem, Funkbus-Antenne, Betriebs- und Diagnosefirmware,
optional Energiespeicher, einem Zentral-Modul (5) mit mehrachsigem
Beschleunigungs-Sensor, Controller, Speicher, GPS-Antenne und Empfänger, Funkbus-Modem,
Funkbus-Antenne, Mobilfunk-Modem, Mobilfunk-Antenne für allgemeinen
und bahnspezifischen Funk, vorzugsweise GSM-R, Betriebs- und Diagnosefirmware,
optional Energiespeicher,...
Description
- Die Erfindung betrifft ein modulares, aufrüstbares und funktionskombiniertes Diagnosesystem mit autonomer Stromversorgung zur Überwachung des Ladeguts, zur Ermittlung des technischen Zustands und der Betriebsdaten von Schienenfahrzeugen ohne eigenen Antrieb.
- Der gegenwärtige und zukünftige Schienenverkehr ist mit erhöhten Anforderungen an Sicherheit und kostenoptimalen Betrieb verbunden. Dieser Sachverhalt bezieht sich nicht nur auf Schienenfahrzeuge mit eigenem Antrieb, beispielsweise Lokomotiven, er betrifft insbesondere auch die antriebslosen Eisenbahnwaggons. Von besonderer Bedeutung sind dabei Kesselwaggons, mit denen Gefahrgut transportiert wird. Allen Eisenbahnwaggons ist gemein, dass sie in der Regel keine eigenen elektrischen Energiequellen mit sich führen.
- Um den Anforderungen hinsichtlich Sicherheit und kostenoptimalen Betrieb gerecht zu werden, ist am und im Eisenbahnwaggon eine umfassende und ganzheitliche Diagnose unterschiedlicher Zustände notwendig, welche ein modular aufgebautes Diagnosesystem bedingt, das mit einer autonomen Stromversorgung versehen ist. Dieses Diagnosesystem überwacht das Ladegut (Temperatur, Druck, Füllstand usw.), ermittelt den technischen Zustand des Schienenfahrzeugs (Bremsenverschleiß, Radlagerschäden, Radlagenemperatur usw.) und liefert Betriebsdaten bezüglich Fahrzeugnutzung (Fahrzeugstandort, Fahrstrecke, Geschwindigkeit, Rangierstöße, Fahrzeugneigung bei Be- und Entladung, Entgleisungsdetektion usw.). Auf der Basis einer derartigen Diagnose sind Gefährdungszustände durch das Ladegut schadensprophylaktisch frühzeitig erkennbar. Weiterhin können Gefährdungen durch Mängel im technischen Zustand aufgrund ihrer rechtzeitigen Erkennung vermieden werden und ist eine verschleißorientierte Wartung/Instandsetzung des Schienenfahrzeugs möglich. Letztendlich können durch die Diagnosedaten die Logistik optimiert und gefährdende Betriebszustände erkannt werden. Ein modularer Aufbau des Diagnosesystems bedeutet, dass dieses durch mehrere Module gebildet wird, welche kommunikativ und energetisch miteinander kombiniert werden können, so dass das System eine Aufrüstbarkeit/Erweiterung in Plug In-Form aufweist. Zudem ist ein funktionskombiniertes Diagnosesystem dadurch gekennzeichnet, dass vorhandene Sensoren nicht nur zur Ermittlung ihrer entsprechenden physikalischen Messgröße herangezogen werden, sondern mittels ihrer Größen eine Berechnung weiterer erfolgen kann. Ein Diagnosesystem, welches alle diese aufgeführten Merkmale vereint, ist derzeit nicht bekannt.
- Die Überprüfung des Standes der Technik im Hinblick auf Vorverlautbarungen, betreffend eine verteilte Anordnung von Sensoren an und/oder in einem Fahrzeug, vorzugsweise dem Eisenbahnwaggon, ergab, dass die Erfassung von Messdaten mittels autark arbeitender Sensoren als Stand der Technik anzusehen ist. Als Beispiel hierfür sind die
DE 42 00 076 A1 /1/ und dieDE 42 17 049 A1 /2/ zu nennen, die passive Sensoren betreffen, welche für die drahtlose Übermittlung von Messdaten an ein Abfragegerät konzipiert sind. Der in /1/ und /2/ aufgeführte Sensor besitzt jedoch keine (aktive) Messdatenvorverarbeitung, z.B. mittels Controller und Speicher, und ist in Ermangelung einer eigenen Stromversorgung nicht für umfangreiche Messprozeduren geeignet. Die drahtlose Überwindung einer größeren Kommunikationsstrecke ist nicht möglich. Zudem ist er nicht plug in-fähig. - Mit der
DE 690 24 056 T2 /3/ wird ein System zur Überwachung von Fahrzeugen offenbart, bei welchem Betriebsdaten, wie beispielsweise Temperaturdaten von Kühlfahrzeug-Abteilen, aufgezeichnet und von einem Fahrzeug getragenen Ausgabemittel per Funk an eine fernliegende Stelle übertragen werden. Die Messdaten werden von verteilt am und im Fahrzeug angeordneten Sensoren erfasst und von diesen zunächst zu einem Datenbearbeitungs- und Speichermittel und schließlich zum bereits genannten Ausgabemittel übertragen. Die Anbindung der Sensoren an das Datenbearbeitungs- und Speichermittel ist jedoch drahtgebunden, wobei der Schrift keine Angaben über eine Plug In-Fähigkeit der Sensoren und damit der Aufrüstbarkeit des Systems zu entnehmen sind, was insbesondere die mangelnde Kombinationsfähigkeit mit Messdaten zum technischen Fahrzeugzustand und zu den Betriebsdaten betrifft. - Die
DE 199 08 850 A1 /4/ offenbart die gemeinsame Weiterverarbeitung von an einem Fahrzeug gewonnenen Messdaten mit via GPS ermittelten Positionsdaten, wobei diese Tatsache nicht als alleiniges Merkmal des angestrebten Diagnosesystems gilt. - In Hinblick auf die konstruktiv und funktional kombinierte Ausführung von Sensoranordnungen sei die
DE 41 18 715 A1 /5/ erwähnt. Der Schrift /5/ sind grundsätzliche Angaben über die Ausführung einer Sonde zu entnehmen, jedoch handelt es sich dabei lediglich um die Aufnahme eines Füllstandssensors mit der Besonderheit der elektrisch isolierten Befestigung. Die funktionsübergreifende Nutzung mehrerer Sensoren, beispielsweise Drucksensoren zur gleichzeitigen Ermittlung von Druck und Füllstand oder Beschleunigungssensoren zur Ermittlung der Neigung, der Rangierstöße und zur Entgleisungsdetektion sowie zur Füllstandsermittlung/Korrektur bei Be- und Entladen, ist /5/ nicht zu entnehmen. Angaben zu einer Plug In-Fähigkeit und Aufrüstbarkeit sind nicht enthalten. - Dem ausgewiesenen Stand der Technik sind partielle Ansätze für den diagnostischen Einsatz an und/oder in Schienenfahrzeugen ohne eigenen Antrieb zu entnehmen. In der Summe sind diese Angaben für die Ausführung eines modularen, aufrüstbaren und funktionskombinierten Diagnosesystems mit autonomer Stromversorgung nicht hinreichend, mangelhaft hinsichtlich angestrebten Einsatzfall und diesbezüglich mit Nachteilen behaftet.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur umfassenden und ganzheitlichen Diagnose mit autonomer Stromversorgung zu schaffen, welche die aufgeführten Mängel und Nachteile beseitigt und den Anforderungen hinsichtlich der Überwachung des Ladeguts, der Ermittlung des technischen Zustands und der Betriebsdaten von Schienenfahrzeugen ohne eigenen Antrieb gerecht wird, wobei die Modularität, die Aufrüstbarkeit mit Plug In-Charakter und die funktionskombinierte Sensornutzung wesentliche Merkmale darstellen.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein modulares, aufrüstbares und funktionskombiniertes Diagnosesystem mit autonomer Stromversorgung gelöst, zur Überwachung des Ladeguts, zur Ermittlung des technischen Zustands und der Betriebsdaten von Schienenfahrzeugen ohne eigenen Antrieb. Angebracht ist es an und/oder in einem Schienenfahrzeug, insbesondere am/im Kessel, Ladegutbehälter
1 und/oder Schienenrad mit Achse2 . Das System besteht wahlweise aus einem Kessel-Sensor-Modul3 , welches den Kessel/Ladegutbehälter1 nahezu vollständig vorzugsweise senkrecht durchquert, zumindest gebildet aus Modulrohr3.1 , Moduldeckel3.2 , Modulflansch3.3 , Steigrohr3.4 , Druck-Sensor3.5 , Differenzdruck-Sensor3.6 , Temperatur-Sensor3.7 , Controller mit Speicher3.8 , Funkbus-Modem3.9 , Funkbus-Antenne3.10 , optional Dichtheitsüberwachungs-Sensor3.11 in Verbindung mit einer unter Druck stehenden Schutzgasfüllung , z.B. Stickstoff, mit Druckkammer und Druckkanal, Betriebs- und Diagnosefirmware, optional Energiespeicher3.12 , optional Füllstands-Sensor und einem Rad-Sensor-Modul4 mit Temperatur-Sensor, Lagerschaden-Sensor, Bremsverschleiß-Sensor, Controller, Speicher, Funkbus-Modem, Funkbus-Antenne, Betriebs- und Diagnosefirmware, optional Energiespeicher, einem Zentral-Modul5 mit mehrachsigem Beschleunigungs-Sensor, Controller, Speicher, GPS-Antenne und Empfänger, Funkbus-Modem, Funkbus-Antenne, Mobilfunk-Modem, Mobilfunk-Antenne, für allgemeinen, auch GSM und UMTS, und bahnspezifischen Funk, z.B GSM-R, Betriebs- und Diagnosefirmware, optional Energiespeicher, einer/einem Betriebszentrale, Streckenüberwachungsstation, Führerstand6 mit Mobilfunk-Modem, Mobilfunk-Antenne, Betriebs- und Diagnosefirm- und Software, Auswerte- und Anwendersoftware, optional Funkbus-Modem, optional Anbindung an übergeordnete Leiteinrichtungen und Kommunikationsnetze, so z.B. ETCS European Train Control System. - Die weitere Ausgestaltung des Systems geschieht wahlweise mit einem in das Achslagergehäuse integrierten Achs-Generator
7 mit Temperatur-Sensor zu seiner Temperaturüberwachung, einem mechanisch flexiblen, der Behälterform anpassbaren Photovoltaik-Generator8 , vorteilhaft mit Lotuslack beschichtet, einer schmutz- und wasserabweisenden Beschichtung auf Nanobasis mit Antihafteigenschaften und UV-Beständigkeit, einem Wind-Generator9 mit vertikalem Savonius-Rotor oder horizontalem Rotor, einem Energiespeicher10 , einem Thermo-Generator11 , z.B. auf Halbleiterbasis und in der Form angebracht, dass die Differenz zwischen Ladeguttemperatur und Umgebungstemperatur genutzt wird, wobei die Polarität aufgrund einer Gleichrichtung keine Rolle spielt, einer Klein-Brennstoffzelle12 mit Brennstoffspeicher und/oder Reformer, einem Energiemanagement-Steuergerät13 mit Betriebs- und Managementfirmware, wobei das Energiemanagement-Steuergerät13 mit allen Modulen und Energiekomponenten mit eigener Betriebsüberwachung und leistungselektronischer Spannungsaufbereitung durch einen Informationsbus und alle Module und Energiekomponenten durch einen Energiebus, z.B. mit einer Gleichspannung, verbunden sind und das Diagnosesystem mit autonomer Stromversorgung modular aufgebaut ist sowie insbesondere durch das Funkbussystem, z.B. mit 860MHz, in Master/Slave-Architektur und der Modulidentifikation über ID-Kennung mit Parameterübergabe an das Zentral-Modul5 eine informationstechnische und/oder eine energetische Aufrüstbarkeit mit Plug In-Charakter für eine große Anzahl an Modulerweiterungen gegeben sind. Das Diagnosesystem mit Stromversorgung weist dabei eine Bahnfestigkeit gemäß der gültigen Bahnnormen und einen sicherheitserhöhenden Selbsttest auf Simulationsbasis mit Fehlerspeicher und Fehlersignal auf. Im Bedarfsfall kann eine Vergrößerung der Zuverlässigkeit durch eine mehrkanalige und kanalvergleichende Signalverarbeitung erfolgen. - Die Unteransprüche
2 bis13 stellen vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung dar. - Eine vorteilhafte Ausführung besteht darin, dass mit Hilfe von mathematischen Berechnungen und Algorithmen eine funktionsübergreifende Nutzung der Sensoren erfolgt, indem unter Beachtung der Form/des Volumens von Kessel, Ladegutbehälter
1 der Differenzdruck-Sensor3.6 und das Steigrohr3.4 zur Ermittlung des Füllstands genutzt werden und indem die Messdaten des Beschleunigungs-Sensors im Zentral-Modul5 zur Ermittlung von Fahrzeugneigung, insbesondere für eine Füllstandskorrektur bei Be- und Entladen, zum Ermitteln und Speichern von Rangierstößen, zum Zweck der Nachweisführung bei Transportschäden und zur Entgleisungsdetektion, Erkennen charakteristischer mechanischer Schwingungsbilder, Anwendung finden. - Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht darin, dass der Funkbus bidirektional arbeitet und wahlweise durch ein drahtgebundenes Bussystem und/oder durch ein optisches Bussystem mit LWL ersetzt wird, vorteilhaft auch mit Anbindung an TCN Train Communication Network, WTB Wire Train Bus, MVB Multifunction Vehicle Bus, wobei die Kommunikation der Energiekomponenten ebenfalls über das Funkbussystem erfolgen kann oder mittels Power Line-Kommunikation über den Energiebus umgesetzt wird und bei Bedarf die Kommunikation aller Module durch Einsatz einer Datenverschlüsselung, durch Datenempfangsquittungen und durch die automatische Reduzierung der Funksendeleistungen auf ein erforderliches Mindestmaß erfolgt, insbesondere ergänzt durch die Möglichkeit, durch automatische Erkennung einer Be- und Entladung des Kessels einen Sendebetrieb währenddessen zum Zweck des Ex-Schutzes zu unterbinden.
- Vorteilhaft gestaltet sich das System dahingehend, dass der Funkbus mit dem Führerstand einer Lokomotive und bei einem abnehmbaren Kesselcontainer mit dem Führerstand einer Lokomotive oder einem LKW verbunden ist und ständig Auskunft über die Diagnoseergebnisse liefert, wobei der Fahrzeugführer bei Einfahrt in ein bewohntes Gebiet oder einen Tunnel auf gefahrvolle Grenzwertüberschreitungen der Ladegutzustände hingewiesen wird, während diese Überwachung auch von einer/einem Betriebszentrale, Streckenüberwachungs-station, Führerstand
6 übernommen werden kann und für den Fall einer Havarie automatisch die Information darüber an die Rettungsstellen erfolgt. - Eine vorteilhafte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufrüstung wahlweise durch Sensoren für Positionen von Türen und Klappen, durch ein Streckenkamerasystem, durch einen Hakenzugkraft-Sensor, durch ein Kontrollsystem zur Ermittlung der Vollständigkeit des Zugverbandes unter Ausnutzung des flexiblen Funkbusses erfolgt, ergänzt durch separate Temperatursensoren, wobei ferngesteuert Steuerkommandos an die einzelnen Öffnungs- und Schließsysteme gegeben werden können.
- Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf Achs-Generator
7 mit Temperatur-Sensor, Photovoltaik-Generator8 , Wind-Generator9 , Energiespeicher10 , Thermo-Generator11 , Klein-Brennstoffzelle12 ), Energiemanagement-Steuergerät13 mit Betriebs- und Managementfirmware sowie Informations- und Energiebus verzichtet wird, so dass die Versorgung eines jeden Moduls durch einen eigenen Energiespeicher, z.B. Akkumulator oder Batterie unterschiedlicher Typen, mit Modul-Energiemanagement zum Zwecke der Verbrauchsminimierung erfolgt, wobei hierbei Energiespeicher in einem einfach handhabbar auswechselfähigem Batterie/Akkumulatoren-Fach untergebracht sind und hermetisch dichte Module ohne elektrische Leitungen nach außen und mit Dichtheitsüberwachungssystem, insbesondere Kessel-Sensor-Modul3 , ausgeführt werden, so dass ein Systemeinsatz im Ex-Schutz-Bereich gegeben ist und am Fahrzeug fehlende Leitungsverbindungen eine effektive Montage/Demontage des Schienenfahrzeugs ermöglichen. - Vorteilhaft ist eine Ausführung dahingehend, dass eine kompakte und insbesondere für den Einsatz im Ex-Schutz-Bereich geeignete Systemvariante vorliegt, indem am/im Kessel, Ladegutbehälter
1 das Kessel-Sensor-Modul3 mit hermetisch dichtem Modulrohr3.1 , Moduldeckel3.2 , Modulflansch3.3 , Steigrohr3.4 , Druck-Sensor3.5 , Differenzdruck-Sensor3.6 , Temperatur-Sensor3.7 , Controller mit Speicher3.8 , Funkbus-Modem3.9 , Funkbus-Antenne3.10 , Dichtheitsüberwachungs-Sensor3.11 in Verbindung mit einer unter Druck stehenden Schutzgasfüllung, Energiespeicher3.12 installiert wird, wobei das Modulrohr3.1 ebenfalls das Zentral-Modul5 mit mehrachsigem Beschleunigungssensor, Controller, Speicher, GPS-Antenne und Empfänger, Mobilfunk-Modem, Mobilfunk-Antenne, Betriebs- und Diagnosefirmware enthält und Controller mit Speicher3.8 , Funkbus-Modem3.9 , Funkbus-Antenne3.10 sowie Energiespeicher3.12 mit Modul-Energiemanagement gemeinsam genutzt werden. - Vorteilhaft ist eine Ausführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemanagement-Firmware von Energiemanagement-Steuergerät
13 eine prioritäts/angebots-, ladezustands- und lastgesteuerte Zu- und Abschaltung der Energiekomponenten mit Hilfe des Informationsbusses vornimmt und wahlweise mittels Methoden von Softcomputing/Fuzzy/neuronalen Netzen und mittels Beachtung von Fahrprofilen, Modullastprofilen und Energieprofilen der Energiequellen das Lade- und Entladeregime von Energiespeicher10 optimiert, während durch die Firmware auch Positionsdaten vom GPS-System und Fahrzielangaben, empfangen durch das Zentral-Modul5 von der Betriebszentrale, Streckenüberwachungsstation, Führerstand6 , berücksichtigt werden, wobei insbesondere die Möglichkeit besteht, bei längeren Stillstandszeiten das Diagnosesystem stromsparend zu deaktivieren. - Vorteilhaft ist die Ausführung, dadurch gekennzeichnet, dass die/der Betriebszentrale, Streckenüberwachungsstation, Führerstand
6 eine Software, beliebig parametrierbar innerhalb der Empfangsdatensätze und der zu sendenden Kommandos an das Fahrzeug, zur Verarbeitung von Positionsdaten, Diagnosedaten, Logistikdaten, Nutzungsdaten, Instandsetzungs- und Wartungsdaten, auch einer ganzen Fahrzeugflotte, besitzt, wobei eine telematische/informationstechnische Anbindung des Diagnosesystems an ein Verkehrsüberwachungs- sowie ladungs- und streckenbezogenes Fahrzeugzählsystem, insbesondere auch mit Achszählvorrichtung, mit Übergabe von Betriebsdaten, insbesondere über Vollfahrt, Leerfahrt, Standzeiten, Tonnenkilometer, wahlweise unter Ausnutzung von Streckenüberwachungsstationen, eine Nutzungsabrechnung der Schienenfahrzeuge ermöglicht, wobei die Ergebnisse der Fahrzeugzählung, mit Hilfe von Fahrzeug-ID, Funkbus, Streckenüberwachungsstation, auch vor und hinter Bahnübergängen, Tunnelanlagen und anderen zu überwachenden Strecken nutzbar sind und im Rahmen des ERTMS European Rail Traffic Management System zum Einsatz kommen. - Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Eingabe/Speicherung von Angaben über Ladegut, Zustandsgrenzwerte und Fahrstrecke in das Zentral-Modul
5 funktechnisch über Betriebszentrale, Streckenüberwachungsstation, Führerstand6 oder durch das Einlesen der Angaben von einer Wagenbegleitkarte mit Chip, Magnetstreifenkarte oder Transponder oder mittels Eingabe der Daten über Handgerät und Funkbus durch das Betriebspersonal vor Ort geschieht. - Von Vorteil ist, dass das System eine informationstechnische und gegebenenfalls energetische Kopplung mit einer automatischen Feuerlöscheinrichtung und Explosionsunterdrückungseinrichtung und/oder mit einer am Fahrzeug angebrachten optisch und/oder akustischen Signaleinrichtung für kritische Zustände des Ladeguts besitzt sowie eine automatische Gefahrenbremsung durch Zugriff auf das eigene Fahrzeugbremssystem und/oder des Triebfahrzeugs und/oder die Aktivierung eines elektromechanischen Druckminderungsventils ausgelöst werden können.
- Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass es an/in mobilen Umladeeinheiten für selbstfahrende Schienenfahrzeuge, insbesondere unbemannte Transporter, installiert werden kann, ergänzt mit einer automatischen Fahrzeug- und Ladegutidentifikation an Be- und Entladestationen.
- Vorteilhaft stellt sich dar, dass die im Zentral-Modul
5 gespeicherten Fahrzeug- und Ladegutdaten für automatische Rangiervorgänge genutzt werden und dass eine Ergänzung und eine Anbindung eines Sende/Empfangsmoduls mit Antenne eine Kommunikation über das LZB-System oder vergleichbare ermöglicht. -
- 1
- Kessel, Ladegutbehälter
- 2
- Schienenrad
- mit Achse
- 3
- Kessel-Sensor-Modul
- mit Druck-Sensor, Differenzdruck-Sensor, Temperatur-Sensor, Controller,
- Speicher, Funkbus-Modem, Funkbus-Antenne, Betriebs- und
- Diagnosefirmware, optional Energiespeicher, optional Dichtheitsüberwachungs-Sensor
- 4
- Rad-Sensor-Modul
- mit Temperatur-Sensor, Lagerschaden-Sensor, Bremsverschleiß-Sensor,
- Controller, Speicher, Funkbus-Modem, Funkbus-Antenne, Betriebs- und
- Diagnosefirmware, optional Energiespeicher
- 5
- Zentral-Modul
- mit mehrachsigem Beschleunigungs-Sensor, Controller, Speicher, GPS-Antenne
- und Empfänger, Funkbus-Modem, Funkbus-Antenne, Mobilfunk-Modem
- , Mobilfunk-Antenne, Betriebs- und Diagnosefirmware, optional
- Energiespeicher
- 6
- Betriebszentrale, Streckenüberwachungsstation, Führerstand
- mit Mobilfunk-Modem, Mobilfunk-Antenne, Betriebs- und Diagnosefirm-
- und Software, Auswerte- und Anwendersoftware, optional Funkbus-Modem
- , optional Anbindung an übergeordnete Leiteinrichtungen und
- Kommunikationsnetze
- 7
- Achs-Generator
- mit Temperatur-Sensor
- 8
- Photovoltaik-Generator
- 9
- Wind-Generator
- 10
- Energiespeicher
- 11
- Thermo-Generator
- 12
- Klein-Brennstoffzelle
- 13
- Energiemanagement-Steuergerät
- mit Betriebs- und Managementfirmware
- 3.1
- Modulrohr
- 3.2
- Moduldeckel
- 3.3
- Modulflansch
- 3.4
- Steigrohr
- 3.5
- Druck-Sensor
- 3.6
- Differenzdruck-Sensor
- 3.7
- Temperatur-Sensor
- 3.8
- Controller mit Speicher
- 3.9
- Funkbus-Modem
- 3.10
- Funkbus-Antenne
- 3.11
- Dichtheitsüberwachungs-Sensor
- optional
- 3.12
- Energiespeicher
- optional
Claims (13)
- Modulares, aufrüstbares und funktionskombiniertes Diagnosesystem mit autonomer Stromversorgung zur Überwachung des Ladeguts, zur Ermittlung des technischen Zustands und der Betriebsdaten von Schienenfahrzeugen ohne eigenen Antrieb, angebracht an und/oder in einem Schienenfahrzeug, insbesondere am/im Kessel, Ladegutbehälter (
1 ) und/oder Schienenrad mit Achse (2 ), wahlweise bestehend aus einem Kessel-Sensor-Modul (3 ), welches den Kessel/Ladegutbehälter (1 ) nahezu vollständig vorzugsweise senkrecht durchquert und zumindest besteht aus Modulrohr (3.1 ), Moduldeckel (3.2 ), Modulflansch (3.3 ), Steigrohr (3.4 ), Druck-Sensor (3.5 ), Differenzdruck-Sensor (3.6 ), Temperatur-Sensor (3.7 ), Controller mit Speicher (3.8 ), Funkbus-Modem (3.9 ), Funkbus-Antenne (3.10 ), optional Dichtheitsüberwachungs-Sensor (3.11 ) in Verbindung mit einer unter Druck stehenden Schutzgasfüllung in einer Druckkammer mit Druckkanal, Betriebs- und Diagnosefirmware, optional Energiespeicher (3.12 ), optional Füllstands-Sensor und einem Rad-Sensor-Modul (4 ) mit Temperatur-Sensor, Lagerschaden-Sensor, Bremsverschleiß-Sensor, Controller, Speicher, Funkbus-Modem, Funkbus-Antenne, Betriebs- und Diagnosefirmware, optional Energiespeicher, einem Zentral-Modul (5 ) mit mehrachsigem Beschleunigungs-Sensor, Controller, Speicher, GPS-Antenne und Empfänger, Funkbus-Modem, Funkbus-Antenne, Mobilfunk-Modem, Mobilfunk-Antenne für allgemeinen und bahnspezifischen Funk, vorzugsweise GSM-R, Betriebs- und Diagnosefirmware, optional Energiespeicher, einer/einem Betriebszentrale, Streckenüberwachungsstation, Führerstand (6 ) mit Mobilfunk-Modem, Mobilfunk-Antenne, Betriebs- und Diagnosefirm- und Software, Auswerte- und Anwendersoftware, optional Funkbus-Modem, optional Anbindung an übergeordnete Leiteinrichtungen und Kommunikationsnetze, insbesondere auch ETCS European Train Control System und andere, wahlweise einem in das Achslagergehäuse integrierten Achs-Generator (7 ) mit Temperatur-Sensor zu seiner Temperaturüberwachung, einem mechanisch flexiblen, der Behälterform anpassbaren Photovoltaik-Generator (8 ), vorteilhaft mit Lotuslack beschichtet, einem Wind-Generator (9 ) mit vertikalem Savonius-Rotor oder horizontalem Rotor, einem Energiespeicher (10 ), einem Thermo-Generator (11 ), einer Klein-Brennstoffzelle (12 ) mit Brennstoffspeicher und/oder Reformer, einem Energiemanagement-Steuergerät (13 ) mit Betriebs- und Managementfirmware, wobei das Energiemanagement-Steuergerät (13 ) mit allen Modulen und Energiekomponenten mit eigener Betriebsüberwachung und leistungselektronischer Spannungsaufbereitung durch einen Informationsbus und alle Module und Energiekomponenten durch einen Energiebus verbunden sind und das Diagnosesystem mit autonomer Stromversorgung modular aufgebaut ist sowie insbesondere durch das Funkbussystem in Master/Slave-Architektur und der Modulidentifikation über ID-Kennung mit Parameterübergabe an das Zentral-Modul (5 ) eine informationstechnische und/oder eine energetische Aufrüstbarkeit mit Plug In-Charakter für eine große Anzahl an Modulerweiterungen gegeben sind, wobei das Diagnosesystem mit Stromversorgung eine Bahnfestigkeit und einen sicherheitserhöhenden Selbsttest auf Simulationsbasis mit Fehlerspeicher und Fehlersignal aufweist und im Bedarfsfall eine Vergrößerung der Zuverlässigkeit durch eine mehrkanalige und kanalvergleichende Signalverarbeitung erfolgt. - Diagnosesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe von mathematischen Berechnungen und Algorithmen eine funktionsübergreifende Nutzung der Sensoren erfolgt, indem unter Beachtung der Form/des Volumens von Kessel, Ladegutbehälter (
1 ) der Differenzdruck-Sensor (3.6 ) und das Steigrohr (3.4 ) zur Ermittlung des Füllstands genutzt werden und indem die Messdaten des Beschleunigungs-Sensors im Zentral-Modul (5 ) zur Ermittlung von Fahrzeugneigung, insbesondere für eine Füllstandskorrektur bei Be- und Entladen, zum Ermitteln und Speichern von Rangierstößen und zur Entgleisungsdetektion Anwendung finden. - Diagnosesystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Funkbus bidirektional arbeitet und wahlweise durch ein drahtgebundenes Bussystem und/oder durch ein optisches Bussystem mit LWL ersetzt wird, vorteilhaft auch mit Anbindung an TCN Train Communication Network, WTB Wire Train Bus, MVB Multifunction Vehicle Bus, wobei die Kommunikation der Energiekomponenten ebenfalls über das Funkbussystem erfolgen kann oder mittels Power Line-Kommunikation über den Energiebus umgesetzt wird und bei Bedarf die Kommunikation aller Module durch Einsatz einer Datenverschlüsselung, durch Datenempfangsquittungen und durch die automatische Reduzierung der Funksendeleistungen auf ein erforderliches Mindestmaß erfolgt, insbesondere ergänzt durch die Möglichkeit, durch automatische Erkennung einer Be- und Entladung des Kessels einen Sendebetrieb währenddessen zu unterbinden.
- Diagnosesystem nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Funkbus mit dem Führerstand einer Lokomotive und bei einem abnehmbaren Kesselcontainer mit dem Führerstand einer Lokomotive oder einem LKW verbunden ist und ständig Auskunft über die Diagnoseergebnisse liefert, während bei Einfahrt in ein bewohntes Gebiet oder einen Tunnel auf gefahrvolle Grenzwertüberschreitungen der Ladegutzustände hingewiesen wird, wobei diese Überwachung auch von einer/einem Betriebszentrale, Streckenüberwachungsstation, Führerstand (
6 ) übernommen werden kann und für den Fall einer Havarie automatisch die Information darüber an die Rettungsstellen erfolgt. - Diagnosesystem nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufrüstung wahlweise durch Sensoren für Positionen von Türen und Klappen, durch ein Streckenkamerasystem, durch einen Hakenzugkraft-Sensor, durch ein Kontrollsystem zur Ermittlung der Vollständigkeit des Zugverbandes unter Ausnutzung des flexiblen Funkbusses erfolgt, wobei ferngesteuert Steuerkommandos an die einzelnen Öffnungs- und Schließsysteme gegeben werden können.
- Diagnosesystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf Achs-Generator (
7 ) mit Temperatur-Sensor, Photovoltaik-Generator (8 ), Wind-Generator (9 ), Energiespeicher (10 ), Thermo-Generator (11 ), Klein-Brennstoffzelle (12 ), Energiemanagement-Steuergerät (13 ) mit Betriebs- und Managementfirmware sowie Informations- und Energiebus verzichtet wird, so dass die Versorgung eines jeden Moduls durch einen eigenen Energiespeicher mit Modul-Energiemanagement zum Zwecke der Verbrauchsminimierung erfolgt, wobei hierbei Energiespeicher in einem einfach handhabbar auswechselfähigen Batterie/Akkumulatoren-Fach untergebracht sind und hermetisch dichte Module ohne elektrische Leitungen nach außen und mit Dichtheitsüberwachungssystem, insbesondere Kessel-Sensor-Modul (3 ), ausgeführt werden, so dass ein Systemeinsatz im Ex-Schutz-Bereich gegeben ist und am Fahrzeug fehlende Leitungsverbindungen eine effektive Montage/Demontage des Schienenfahrzeugs ermöglichen. - Diagnosesystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine kompakte und insbesondere für den Einsatz im Ex-Schutz-Bereich geeignete Systemvariante vorliegt, indem am/im Kessel, Ladegutbehälter (
1 ) das Kessel-Sensor-Modul (3 ) mit hermetisch dichtem Modulrohr (3.1 ), Moduldeckel (3.2 ), Modulflansch (3.3 ), Steigrohr (3.4 ), Druck-Sensor (3.5 ), Differenzdruck-Sensor (3.6 ), Temperatur-Sensor (3.7 ), Controller mit Speicher (3.8 ), Funkbus-Modem (3.9 ), Funkbus-Antenne (3.10 ), Dichtheitsüberwachungs-Sensor (3.11 ) in Verbindung mit einer unter Druck stehenden Schutzgasfüllung, Energiespeicher (3.12 ) installiert wird, wobei das Modulrohr (3.1 ) ebenfalls das Zentral-Modul (5 ) mit mehrachsigem Beschleunigungssensor, Controller, Speicher, GPS-Antenne und Empfänger, Mobilfunk-Modem, Mobilfunk-Antenne, Betriebs- und Diagnosefirmware enthält und Controller mit Speicher (3.8 ), Funkbus-Modem (3.9 ), Funkbus-Antenne (3.10 ) sowie Energiespeicher (3.12 ) mit Modul-Energiemanagement gemeinsam genutzt werden. - Diagnosesystem nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemanagement-Firmware von Energiemanagement-Steuergerät (
13 ) eine prioritäts/angebots-, ladezustands- und lastgesteuerte Zu- und Abschaltung der Energiekomponenten mit Hilfe des Informationsbusses vornimmt und wahlweise mittels Methoden von Softcomputing/Fuzzy/neuronalen Netzen und mittels Beachtung von Fahrprofilen, Modullastprofilen und Energieprofilen der Energiequellen das Lade- und Entladeregime von Energiespeicher (10 ) optimiert, während durch die Firmware auch Positionsdaten vom GPS-System und Fahrzielangaben, empfangen durch das Zentral-Modul (5 ) von der Betriebszentrale, Streckenüberwachungsstation, Führerstand (6 ), berücksichtigt werden, wobei insbesondere die Möglichkeit besteht, bei längeren Stillstandszeiten das Diagnosesystem stromsparend zu deaktivieren. - Diagnosesystem nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die/der Betriebszentrale, Streckenüberwachungsstation, Führerstand (
6 ) eine Software, beliebig parametrierbar innerhalb der Empfangsdatensätze und der zu sendenden Kommandos an das Fahrzeug, zur Verarbeitung von Positionsdaten, Diagnosedaten, Logistikdaten, Nutzungsdaten, Instandsetzungs- und Wartungsdaten, auch einer ganzen Fahrzeugflotte, besitzt, wobei eine telematische/informationstechnische Anbindung des Diagnosesystems an ein Verkehrsüberwachungs- sowie ladungs- und streckenbezogenes Fahrzeugzählsystem, insbesondere auch mit Achszählvorrichtung, mit Übergabe von Betriebsdaten, insbesondere über Vollfahrt, Leerfahrt, Standzeiten, Tonnenkilometer, wahlweise unter Ausnutzung von Streckenüberwachungsstationen, eine Nutzungsabrechnung der Schienenfahrzeuge ermöglicht, während die Ergebnisse der Fahrzeugzählung, mit Hilfe von Fahrzeug-ID, Funkbus, Streckenüberwachungsstation, auch vor und hinter Bahnübergängen, Tunnelanlagen und anderen zu überwachenden Strecken nutzbar sind und im Rahmen des ERTMS European Rail Traffic Management System zum Einsatz kommen. - Diagnosesystem nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabe/Speicherung von Angaben über Ladegut, Zustandsgrenzwerte und Fahrstrecke in das Zentral-Modul (
5 ) funktechnisch über Betriebszentrale, Streckenüberwachungsstation, Führerstand (6 ) oder durch das Einlesen der Angaben von einer Wagenbegleitkarte mit Chip, Magnetstreifenkarte oder Transponder oder mittels Eingabe der Daten über Handgerät und Funkbus durch das Betriebspersonal vor Ort geschieht. - Diagnosesystem nach 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es eine informationstechnische und gegebenenfalls energetische Kopplung mit einer automatischen Feuerlöscheinrichtung und Explosionsunterdrückungseinrichtung und/oder mit einer am Fahrzeug angebrachten optisch und/oder akustischen Signaleinrichtung für kritische Zustände des Ladeguts besitzt sowie eine automatische Gefahrenbremsung durch Zugriff auf das eigene Fahrzeugbremssystem und/oder des Triebfahrzeugs und/oder die Aktivierung eines elektromechanischen Druckminderungsventils ausgelöst werden können.
- Diagnosesystem nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es an/in mobilen Umladeeinheiten für selbstfahrende Schienenfahrzeuge, insbesondere unbemannte Transporter, installiert werden kann, ergänzt mit einer automatischen Fahrzeug- und Ladegutidentifikation an Be- und Entladestationen.
- Diagnosesystem nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die im Zentral-Modul (
5 ) gespeicherten Fahrzeug- und Ladegutdaten für automatische Rangiervorgänge genutzt werden und dass eine Ergänzung und eine Anbindung eines Sende/Empfangsmoduls mit Antenne eine Kommunikation über das LZB-System oder vergleichbare ermöglicht.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE202004012611U DE202004012611U1 (de) | 2004-08-12 | 2004-08-12 | Modulares, aufrüstbares und funktionskombiniertes Diagnosesystem mit autonomer Stromversorgung zur Überwachung des Ladeguts, zur Ermittlung des technischen Zustands und der Betriebsdaten von Schienenfahrzeugen ohne eigenen Antrieb |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE202004012611U DE202004012611U1 (de) | 2004-08-12 | 2004-08-12 | Modulares, aufrüstbares und funktionskombiniertes Diagnosesystem mit autonomer Stromversorgung zur Überwachung des Ladeguts, zur Ermittlung des technischen Zustands und der Betriebsdaten von Schienenfahrzeugen ohne eigenen Antrieb |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE202004012611U1 true DE202004012611U1 (de) | 2005-05-25 |
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ID=34625929
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|---|---|---|---|
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- 2004-08-12 DE DE202004012611U patent/DE202004012611U1/de not_active Expired - Lifetime
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Owner name: BRUNEL IMG GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: INSTITUT FUER MASCHINEN, ANTRIEBE UND ELEKTRONISCHE GERAETETECHNIK GGMBH - IMG, 99734NORDHAUSEN, DE Effective date: 20070214 |
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