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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur mobilen oder stationären, berührungslosen und
vorbeugenden Prüfung
von vorhandenen und sich anbahnenden Materialfehlern bei sich drehenden
Fahrzeugkomponenten von Schienenfahrzeugen, speziell Güterwagons
aber auch Eisenbahntrieb- und Personenwagen während des regulären Fahrbetriebes
nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
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Immer
wieder kommt es vor, dass schwere Zugunglücke nicht nur durch menschliches,
sondern auch durch technisches Versagen verursacht werden. Der Mensch
wird nie fehlerfrei sein, das Auftreten von technischen Fehlern
ist aber weiterhin zu minimieren bzw. auszuschließen.
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Besonders
kritisch sind beim Zugverkehr dabei all jene Fehler an Fahrzeugkomponenten,
die die Verbindung zwischen dem Fahrzeug und den Schienen darstellen
und bei deren Beschädigung
es dann leicht zum Entgleisen eines oder mehrerer Wagons kommen
kann, also z. B. Räder,
Achsen und damit verbunden Bremsscheiben und Radlager. All dies sind
Komponenten, die sich schnell drehen, stark beansprucht werden und
folglich auch einer gewissen Materialermüdung und Verschleiß unterliegen.
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Aus
diesem Grunde ist es notwendig, speziell diese Komponenten der Schienenfahrzeuge
regelmäßig – am besten
ständig – einer
Prüfung
zu unterziehen. Aus Kostengründen
wird dies nur bei Triebwägen
oder solchen zur Personenbeförderung gemacht
(da zahlenmäßig weniger
als Güterwagons) und
der höchsten „Sicherheitsstufe” angehörend. Sie verfügen auch über die
entsprechende elektrische Verkabelung, um Fehlermeldungen von den
Fahrzeugkomponenten in die Steuer- und Leitzentralen, meist ins
Führerhaus,
zu übertragen.
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Anders
sieht es bei den normalen Transport- und Güterwagons aus. Hier sind keine
ständigen Überwachungen
vorgesehen, denn zum einen werden keine Personen transportiert und
es besteht somit keine unmittelbare Gefahr für sie – die „Sicherheitsstufe” ist also
geringer – und
zum anderen gibt es eine so große
Anzahl in so vielen Varianten davon, dass eine Aus- oder Nachrüstung mit
entsprechender Sensorik und Datenübertragung einfach nicht zu finanzieren
ist.
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Dennoch
kann auch ein Wagon, der nicht primär Menschen transportiert, bei
einem Unglück
zu einer riesigen Gefahr für
Leben und Umwelt werden, denn schließlich kann bei einem Defekt
der komplette Zug entgleisen. Eigentlich müssten auch diese eine höhere Sicherheitsstufe
im Sinne von spezieller Wartung haben, sie unterliegen aber „nur” den normalen Wartungsintervallen
zwischen 500.000 und 1.000.000 km/Jahr.
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Für die Überprüfung müssen alle
Wagons in eine speziell dafür
ausgerüstete
Wartungshalle. Das verursacht Kosten: teure Prüfgeräte, das Fachpersonal kostet
Geld und die Wagons sind unproduktiv in dieser Zeit, da sie nicht
unterwegs und damit auch kein Geld verdienen können.
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Stand der Technik:
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Man
findet in der einschlägigen
Fachliteratur mittlerweile eine Menge an bewährten Verfahren, die mittels
Körperschall
bzw. Vibration durch Überwachung
der entstehenden Frequenzen ständig
quasi Auskunft über
den (Verschleiß-)Zustand
eines Bauteils geben. So kann z. B. heute schon exakt bestimmt werden,
ob bei Elektromotoren Risse in der Welle oder kleinste Unwuchten
vorliegen. Um aber den Körperschall
erfassen zu können,
müssen
die Sensoren direkt am zu untersuchenden Gegenstand anliegen. Diese
Untersuchungen sind somit nicht berührungslos, können zwar
und sollen während
des normalen Betriebs stattfinden, sind aber aufgrund der aufwändigen Installation
teuer und nicht für
Massenuntersuchungen geeignet.
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Natürlich gibt
es auch eine Menge an anderen bekannten und bestens funktionierenden
berührungslosen
Materialprüfverfahren,
wie z. B. Magnetresonanz- oder Farbeindringverfahren, das Röntgen von
Bauteilen oder die Untersuchung mit Ultraschall Sie sind nur zum
Teil mobil, da empfindliche und umfangreiche Gerätschaften benötigt werden und
die Diagnose somit nur stationär
bzw. bei simulierter Bewegung auf einem Prüfstand in einer Wartungshalle
möglich
ist und folglich nicht während
des normalen Fahrbetriebs durchgeführt werden kann. Die Kosten
dafür sind
ebenfalls sehr hoch und auch hier kommt eine schnelle Untersuchung
einer großen Anzahl
an Wagons nicht in Frage.
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Schon
eher geeignet dafür
sind so genannte Heißläuferzähler oder
Heißläuferortungsanlagen,
die mittels einer Infrarotabtastung quasi „hot spots” an den Fahrgestellen diagnostizieren,
immer darin, wenn etwas heiß gelaufen
ist. Meistens handelt es sich dabei um defekte Radlager, es können aber auch
heiße
Bremsscheiben oder Räder
festgestellt werden. Heißläuferzähler sind
in großer
Anzahl fest installiert und melden, welche Achsen in welchem Zug
heiß gelaufen
sind. Das Problem dabei ist, dass sie nur heiß oder kalt unterscheiden und
nicht einen Fehler an sich identifizieren können. Auch ist die Quote der
Falschmeldungen relativ hoch, da es bei neu eingebauten Radsätzen z.
B. immer wieder zu Erwärmungen
kommt, die durchaus typisch sind und nicht auf einem Fehler beruhen.
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Auftretende Probleme:
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Wie
oben beschrieben wurde, hat jedes Verfahren seine Vor- und Nachteile,
keines kann aber sämtliche
Anforderungen in sich vereinen. Es sollte überall und auch mobil einsetzbar
sein, während
des regulären
Fahrbetriebs und damit auch geeignet für eine schnelle und massenhafte
Untersuchung von Wagons. Dies ist, für den einzelnen Wagon gesehen, dann
natürlich
nur mit einer vergleichsweise sehr kostengünstigen Lösung möglich. Durch diese Untersuchung
soll die allgemeine Sicherheit signifikant erhöht werden und sie sollte die
Möglichkeit
bieten, vielleicht sogar von der teureren und (weil Fehler zwischen
den Intervallen nicht schnell genug erkannt werden) „relativ
unsichereren” Intervallwartung
bei gleicher oder höherer
Sicherheit auf die günstigere Bedarfswartung
zu wechseln oder diese zumindest sinnvoll so zu ergänzen, daß sich wenigstens
Teile davon erübrigen.
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Der
Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs erwähnten
Art zu schaffen, mit deren Hilfe die generelle Aufgabe gelöst und die
beschriebenen Probleme vermieden werden können.
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Eine
von mehreren möglichen
Ausführungsarten
wird nun auch anhand von (schematischen, handgezeichneten und nicht
maßstabsgerechten) Darstellungen
im folgenden näher
erläutert:
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In 1 sehen
wir die schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs auf einem
Gleis. Auf den Bahnschwellen (1) sind üblicherweise zwei Schienen
(2) befestigt. Auf diesen liegen die Räder (6) des Schienenfahrzeugs
auf. Sie sind mit einer massiven oder hohlen Achse (3)
fest verbunden. Auf der Achse (3) befinden sich, ebenfalls
fest verbunden, gegebenenfalls die Bremsscheiben (4) mit
einem Bremssattel (20) und die Achslager (5).
Alternativ kann das Rad (6) selbst quasi die Bremsscheibe sein,
der dazugehörige
Bremssattel wird hier nicht gezeigt. Weiterhin ist es möglich, daß es seitlich über einen
Bremsbacken (21) verzögert
wird. Über
die Lager (5) ist der Fahrzeugkörper (7) mit der Achse
verbunden, auf ihnen lastet somit das komplette Gewicht des gesamten
Fahrzeugaufbaus (7). Die Lager (5b) könnten auch
zwischen den Rädern
(6) liegen.
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3 (F)
zeigt ein typisches Belastungsbeispiel einer Fahrzeugachse (3)
mit äußeren Radlagern
(5), auf die, verursacht durch das Gewicht des Aufbaus
(7) und dessen Ladung, die Kräfte (15) wirken. Dadurch
biegt sich die Achse (3) auf der innen liegenden Seite
ständig
leicht nach oben und ist deshalb während und durch ihre eigene
Rotation kontinuierlich so genannten Walkkräften ausgesetzt, die genau
in ihrer Mitte an der Stelle (16) am größten sind. Deshalb wäre bzgl.
der Achse (3) genau dieser Stelle (16) die größte Überprüfungsaufmerksamkeit zu
widmen.
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Würden die
inneren Lager (5b) belastet werden, würde die ständige Biegung nach unten verlaufen.
In der Praxis kommen, bis auf vielleicht ganz wenige Ausnahmen,
nur der eine ODER der andere Fall der inneren/äußeren Lagerung vor, die kritische
Stelle (16) bleibt jedoch immer am selben Ort mittig bestehen,
solange es eben überhaupt
eine Biegung gibt.
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Eine
Lösung
wäre die
gleichzeitig innere und äußere Lagerung,
sie kommt nur, wie bereits erwähnt,
in der Praxis – wahrscheinlich
aus Kostengründen – zumindest
im Güterwagonbereich
so gut wie nie vor.
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Oben
genannte Aufgabe wird also erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst,
da die angeführte Vorrichtung
(18) den von den sich drehenden Teilen – Achse (3), Bremsscheiben
(4), Achslager (5) und Rädern (6) – erzeugten
Raumschall (17) aufnimmt und auswertet. Die Vorrichtung (18)
besteht aus einem Sensor (8) und einem Datenaufzeichnungs-
bzw. -verarbeitungsgerät
(10), hier kurz „Rechner” genannt.
Verbunden sind diese durch z. B. ein Kabel (19). Des weiteren
sind noch ein Modul zur kabellosen Datenübertragung (11), alternativ ein
Datenkabel (22), das zu einem Leitstand führt und ein
Energiemodul (23) vorhanden, das mit dem Rechner per Kabel
verbunden ist. Der Sensor (8) ist auf einem Standbein (19)
montiert. Er befindet sich im Abstand (14) vom zu untersuchenden
Schienenfahrzeug entfernt und somit ist die Untersuchung berührungslos.
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Gemäß einer
Weiterbildung nach Schutzanspruchs 1 ergibt sich in Schutzanspruch
2, dass keine weiteren (Körperschall-)Sensoren
irgendwelcher Art direkt an den sich drehenden Teilen Achse (3), Bremsscheiben
(4), Achslager (5) und Rädern (6) befestigt
werden müssen.
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Vorzugsweise
besteht der Sensor (8) gemäß einer Weiterbildung des Schutzanspruchs
3 aus einem (Richt-)Mikrofon oder ähnlichem Messgerät, das in
der Lage ist, Raumschall in allen benötigten Frequenzbereichen zu
erfassen und die Richtung aus der er kommt, weitgehend einzugrenzen,
quasi zu „fokussieren”.
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Gemäß einer
Weiterbildung im 4. Schutzanspruch funktioniert die Vorrichtung
mit Signalen, die von den Achsen (3), Bremsscheiben (4),
Achslagern (5) und Rädern
(6) selbst erzeugt werden, dargestellt in 2.
Dies ist auf die ständige
Drehung dieser Teile zurückzuführen, wobei
durch Reibung mit sich selbst, anderen Teilen oder auch der Umgebungsluft an
verschiedenen Stellen Vibrationen entstehen, die sich in verschiedenen
Frequenzen (= verschiedene Wellenlängen) dann auch auf die umgebende
Luft (sie dient als weiterleitendes Medium) übertragen und somit den Raumschall
(17) erzeugen. Dabei ist es charakteristisch, dass verschiedene
Teile auch verschiedene Frequenzen erzeugen, die für diese Teile
auch typisch sind. Ebenso erzeugen verschiedene Schadensarten verschiedene,
typische Frequenzen bzw. meßbare
Töne. Somit
ist eine eindeutige Identifizierung möglich. Umgangssprachlich gesagt,
hört sich
ein kaputtes Radlager eindeutig anders an als z. B. ein Rad mit
Unwucht.
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Eine
weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im nächsten Schutzanspruch
5 gegeben, denn es mag durchaus sinnvoll sein, die zu überwachenden
kritischen Teile wie Achsen (3), Bremsscheiben (4),
Achslagern (5) bzw. (5b) und Räder (6) mit speziellen
Verschleißanzeigern
zu versehen, die ab einem zu definierenden Abnutzungsgrad selbständig „Töne” von sich
geben. Als Beispiel mögen
hier Bremsbeläge
für Kfz
dienen. Solange noch weicher Belag vorhanden ist, gibt dieser auf
der harten Bremsscheibe keinen Ton von sich. Ist der Belag verschlissen,
treten eingearbeitete Metallteile zum Vorschein, die dann auf der
Bremsscheibe durch gegenseitiges Aneinanderreiben beim Bremsen ein
Geräusch
verursachen. Dieses kann dann akustisch aufgenommen werden.
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Die
Ausprägung
der Erfindung gestattet es weiterhin gemäß dem nächsten Schutzanspruch 6, dass
Messungen während
der regulären
Fahrbetriebs durchgeführt
werden kennen. Der Zug muß nicht
stehen, im Gegenteil, die Bewegung des Zuges ist notwendig, um überhaupt
Geräusche
erzeugen zu können.
Unterschiedliche Geschwindigkeiten können durch die Vorrichtung
(18) erfasst und berücksichtigt werden.
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Die
Ausprägung
der Erfindung gestattet es weiterhin gemäß dem nächsten Schutzanspruch 7, dass
sich ein Zug nicht in/auf einer speziellen Wartungshalle/-strecke
befinden muß.
Die Vorrichtung (18) kann im Prinzip an jedem beliebigen
Streckenabschnitt installiert werden. Von Vorteil ist natürlich, wenn
dieser Punkt von so viel Schienenfahrzeugen als möglich passiert
wird, denn es sollen ja möglichst alle überhaupt
eingesetzten Fahrzeuge untersucht werden. Wie die Untersuchung oder
Aufstellung der Vorrichtung (18) genau erfolgen muß, wird
bei den Erklärungen
der später
folgenden Schutzansprüche erläutert.
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Die
im Schutzanspruch 8 beschriebene Weiterbildung, nämlich der
modulare Aufbau, ist vor allem für
die Integrations-/Kooperationsfähigkeit
mit bereits vorhandenen Diagnoseanlagen und bei Service und Reparatur
von enormer Bedeutung. Auch ökonomische
Aspekte spielen dabei eine große
Rolle, die Vorrichtung soll ja günstig
produziert und kostengünstig
arbeiten können.
Ohne in Kombination mit anderen, vorhandenen Diagnosegeräten bzw.
Nutzung einiger ihrer Teile/Infrastruktur, wird die Gesamtvorrichtung
aus 7 Modulen bestehen:
- a. der Zugerkennung.
Sie ist nötig,
damit die diagnostizierten Fehler auch sicher dem richtigen Zug
und auch dem betroffenen Wagon zugeordnet werden können. Dieser
sollte dann bei der nächsten
Gelegenheit ausgesondert und in einem nahegelegenen Ausbesserungswerk
einer genaueren Untersuchung/Reparatur unterzogen werden. Zur Zugerkennung
sind z. B. bei der Deutschen Bahn Systeme im Einsatz, bei denen die
Züge (z.
B. bei den Heißläuferzählern) kabellos
per Transponder ihre Identität
mitteilen. Es wäre
auch eine optische Abtastung denkbar ähnlich einem Barcode-Leser.
Das Zugerkennungsmodul der Vorrichtung soll diesen entsprechen bzw.
mit diesen Systemen kompatibel sein.
- b. der Geschwindigkeitsmessung. Die Berücksichtigung der Geschwindigkeit
des zu prüfenden Schienenfahrzeugs
ist natürlich
ebenfalls von Bedeutung, da sich dadurch die zu messenden Töne (Frequenzen)
verändern.
Entweder wird sie direkt, z. B. durch ein Lichtschranken- oder Radarsystem
erfasst, oder indirekt errechnet. Dies geschieht entweder über die
Taktrate der aufgezeichneten „Geräusche” (die Abrollgeräusche der Räder ein
und desselben Wagons haben bei höherer
Geschwindigkeit naturgemäß einen
kürzeren
Takt, da sie die gleiche Strecke in kürzerer Zeit zurücklegen
bzw. einen fixen Bezugspunkt, den Messpunkt, dann eben schneller
passieren) oder über
die Veränderung
der Frequenzen an sich, wenn z. B. durch vorherige Vergleichsmessungen bekannt
ist, wie sie sich bei den verschiedenen Geschwindigkeiten verändern.
- c. der Datenerfassung, sprich die Erfassung der unterschiedlichen
Schallfrequenzen. Sie erfolgt über
den eigentlichen Sensor (8), dessen Ausprägung im
weitesten Sinne als Richtmikrofon zu beschreiben ist.
- d. der Datenverarbeitung, die im Rechner (10) stattfindet.
An dieser Stelle werden die Meßergebnisse
aufgezeichnet, verarbeitet und gespeichert. Dort befindet sich auch,
wenn nötig,
eine Datenbank mit Vergleichsfrequenzen von bekannten Schadensmustern
aller gefährdeten
und zu untersuchenden Teile. Die verschiedenen Arten der Schadensfeststellung
sind bei der Beschreibung des Schutzanspruchs 10 erläutert.
- e. der Datenübertragung,
die entweder per Hand – durch
Austausch eines Speichermediums –, per Kabel (22)
oder per „Funk” bzw. anderweitiger,
kabelloser Übertragungstechnik
(11) durchgeführt werden
kann. Auch hier gibt es z. B. bei der Deutschen Bahn bereits gut
funktionierende Systeme, mit denen die Vorrichtung (18)
kompatibel sein soll. Es ist zwar nicht zwingend notwendig, aber äußerst sinnvoll,
diese Systeme mit zu nutzen, denn auch die bereits erwähnten Heißläuferzähler müssen schließlich ihre
Daten an eine entsprechende Leit-/Sammelstelle
weiterleiten, die dann bei erkannten Fehlern geeignete Maßnahmen veranlasst.
Wenn schon der Empfänger
der Daten der selbe ist, bietet sich auch die Nutzung der selben
Datenübertragungswege
an.
- f. der Transport-/Standvorrichtung. Hier sind 3 Varianten möglich:
a.
wie in 2 zu sehen, eine mobile, tragbare Vorrichtung
(18), die neben den Gleisen positioniert ist und deren
Sensoren (8) gemäß einer Kombination
aus A, B, und C (2b) entweder auf Standbeinen
(9) oder direkt im Gleisbett installiert sind (siehe C).
Ausgeführt
dergestalt, dass keine Beeinträchtigungen
durch z. B. vom zu untersuchenden Schienenfahrzeug bei der Durchfahrt
verdrängte
Luftmassen entstehen.
b. eine Vorrichtung (18), deren
Sensoren (8) in gleichen Kombinationen wie bei a. installiert
sind, nur stationär,
d. h. stetig und fest mit dem Boden verbunden. Beide Male ist entsprechender
Wetterschutz ratsam.
c. eine mobile, fahrbare Vorrichtung (18),
deren Sensoren gemäß 3 (D)
oder (E) auf z. B. einem anderen Schienenfahrzeug installiert sind, das
dann auf einem parallelen Gleis stehen kann, an dem die zu untersuchenden
Schienenfahrzeuge vorbeifahren.
- g. der Energiezuführung.
Sie sollte genauso wie die Kommunikationseinrichtung vorzugsweise (wenn über weite
Strecken) „kabellos” sein,
muß aber
nicht und wird an späterer
Stelle beschrieben. An dieser Stelle ist noch anzumerken, dass für ein Funktionieren
der Vorrichtung (18) nicht unbedingt alle Module vorhanden
sein müssen, mindestens
jedoch ein Sensor (8), ein Rechner (10) und Energie
(23).
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Eine
weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im 9. Schutzanspruch
gegeben, denn zum einen ist es technisch sinnvoll, bereits bestehende
Diagnoseanlagen wie die Heißläuferzähler zu
ergänzen
und dadurch die Sicherheit auf den Schienen signifikant zu erhöhen. Zum
anderen ist es auch wirtschaftlich sinnvoll z. B. deren Zugerkennung,
Datenübertragungstechnik
oder Energieversorgung mit zu nutzen, um dadurch die möglichen
Einsparungspotentiale voll auszuschöpfen und die Kosten für Überprüfungen somit
so gering als möglich
zu halten.
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Erfindungsgemäß sind im
Schutzanspruch 10 zwei Möglichkeiten
genannt, wie an den zu untersuchenden Schienenfahrzeugen bzw. deren
kritischen Komponenten „vorbeugend” nach sich
anbahnenden oder bereits vorhandenen Schaden gefahndet werden kann.
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Zuerst
ist einmal festzuhalten, dass sich während des Betriebs ein beschädigtes Bauteil
generell anders „anhört” als ein
unbeschädigtes,
auch wenn für
das bloße
menschliche Ohr ohne Zuhilfenahme von technischen Hilfsmitteln eventuell
keine Unterschiede bestehen. Aber genau dafür gibt es ja spezielle Messgeräte wie (Richt-)Mikrofone,
die in allen möglichen
Frequenzbereichen die kleinsten Veränderungen erfassen können. Zum
Beispiel ist ein kaputtes Radlager, einfach gesagt, schon deutlich lauter
als ein unbeschädigtes.
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Als
zweites ist festzuhalten, dass beim gleichen Bauteil ein typischer
Schaden auch ein typisches Geräusch
erzeugt, das eindeutig und als zugehörig zu identifizieren ist.
Zum Beispiel hört
sich jedes kaputte Radlager immer ähnlich an aber deutlich anders
als ein Rad mit Unwucht oder eine Achse mit Haarriß.
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Ziel
der Erfindung ist es primär
nicht (obwohl möglich),
einen Schaden an exakt einem bestimmten Bauteil zu benennen, sondern
generell festzustellen, dass z. B. an einer kompletten Achse irgendein
Schaden vorhanden ist, der zumindest so bald als möglich mit
genaueren Methoden in einer Wartungshalle näher untersucht und genauer
lokalisiert werden muß.
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Die
Frage lautet nun. ist ein aufgezeichnetes Geräusch mm ein konkreter Schaden,
eine Anomalie, normal oder aus dem Hintergrund ? Es bieten sich 2
Methoden an, um einen signifikanten Sicherheitsvorteil zu erzielen:
- 1. direkt. Dazu muß eine Datenbank erstellt werden.
Darin enthalten sein müssen
bekannte, exakt definierte Fehler je Bauteil, vorzugsweise bei verschiedenen
Geschwindigkeiten, Wagentypen und Belastungen. Deren Geräusche sind
z. B. auf einer Teststrecke aufzuzeichnen und zu speichern. Und
genau nach diesen auffälligen „Fehlermustern” wird dann
gesucht. Eventuelle Veränderungen
durch andere Geschwindigkeiten werden hochgerechnet, Hintergrundgeräusche ausgeblendet.
Als Ergebnis erhält
man die Aussage, bei welchem Zug, welchem Wagon, welcher Achse, welches
Bauteil zumindest auffällig
ist und defekt sein könnte.
- 2. indirekt. Auch hier sollte vorzugsweise eine Datenbank erstellt
werden. Darin enthalten sind Aufnahmen von Geräuschen von nachgewiesenermaßen intakten
Bauteilen aller relevanten Arten bei unterschiedlichen Lasten und
Wagontypen während
des Betriebs z. B. ebenfalls wieder auf einer Teststrecke bei verschiedenen
Geschwindigkeiten. Gesucht wird dann nach „Frequenzmustern”, die nicht
der durchschnittlichen Normalität
entsprechen. Als Ergebnis erhält
man hier die Aussage, dass bei einem bestimmten Wagon eines Zuges
an einer bestimmten Achse generell eine auffällige Anomalie vorhanden ist,
die man dann weiter untersuchen müsste. Den Grad der „Auffälligkeit” kann man
definieren und nachjustieren, so dass mit der Zeit die Häufigkeit
von Falschmeldungen minimiert werden kann. Beide Methoden sind demnach
lernfähig,
d. h. je mehr Messungen, um so besser die Ergebnisse, da auch immer
wiederkehrende Anomalien, die keine Fehler im Material als Ursache
haben, erkannt und quasi ausgeblendet werden können.
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Bei
beiden Methoden ist es von Vorteil, eine „Erstkalibrierung” am Ort
des Einsatzes vorzunehmen, um von vorne herein ständig dort
vorhandene Nebengeräusche
eliminieren zu können.
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Beide
Methoden sind auch miteinander kombinierbar, dadurch wird die Trefferquote
nochmals deutlich erhöht.
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Da
die Vorrichtung mehr (auch nicht heiß werdende) Bauteile untersucht,
als ein Heißläuferzähler und
deshalb nicht nur mehr unterschiedliche, sonder auch absolut mehr
Fehler erkennen kann, erhöht
die Kombination mit ihm nur die Qualität der Treffer, nicht die Anzahl,
die die Vorrichtung sowieso entdeckt hätte. Denn ein Heißläuferzähler kann
einen „Treffer” der Vorrichtung
nur bestätigen,
die Vorrichtung jedoch kann den Treffer eines Heißläuferzählers bestätigen/relativieren
oder sogar näher
spezifizieren., wobei aus Sicherheitsgründen schon ein Treffer allein
als Grund für
eine Nachuntersuchung ausreichend sein sollte.
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Eine
Weiterbildung nach Schutzanspruch 11 beschreibt in 2,
wie eine Messung mit einem Sensor (8) von verschiedenen
Seiten durchgeführt werden
kann. Die für
eine schnelle und unkomplizierte Anbringung/Aufstellung einfachste
Variante ist in (A) dargestellt, sie erfolgt auf beiden Seiten der Schienenstrecke.
Speziell wenn die Radlager außen liegen,
können
sie dort gut erfasst werden, innen liegende Teile jedoch eher weniger.
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Besser
ist dies in Variante (B) möglich,
da durch die „Kreuzmessung” eben auch
die innen liegenden Teile mit erfasst werden können.
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Als
beste Variante gilt (C) 2b, da
die Verteilung der Sensoren (8) dergestalt gewählt ist,
daß alle
relevanten, zu untersuchenden Teile wie Achsen (3) mit
Stelle (16), Bremsscheiben (4), Achslager (5)/(5b)
und Räder
(6) direkt den Raumschall (17) nach unten an die
Sensoren (8) abgeben können, ohne
dass etwas Störendes
dazwischen liegen würde.
Eine Ergänzung
durch (A) oder (B) ist möglich.
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Sollte
die Vorrichtung auf ein Schienenfahrzeug montiert werden, ist (C)
nicht möglich.
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Eine
weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im 12. Schutzanspruch
beschrieben, denn die Vorrichtung kann nicht nur Fehler erkennen. Ihr
Rechner (10) und der Sensor (8) zählt und
misst ohne weitere Zusatzmodule die Zeitabstände zwischen dem Passieren
der einzelnen Achsen und erhält
durch seine Berechnungen neben der Achszahl auch die Anzahl der
einzelnen Wagons, die Geschwindigkeit des Zuges und die Fahrgestelltypen.
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Sind
externe Zusatzmodule (siehe auch Schutzanspruch 8) vorhanden, die
die selben Daten liefern und auf die der Rechner (10) dann
zugreifen könnte,
wäre dies
nicht mehr nötig.
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Nur
die genaue Identifikation des gesamten Zuges kann nicht durch bloße „Rechenarbeit” bewerkstelligt
werden, evtl. über
Uhrzeit und Ort. Um jede Verwechslung auszuschließen, ist
ein geeignetes Zusatzmodul zu verwenden.
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Eine
weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch
13 gegeben (siehe dazu auch die Beschreibung des Schutzanspruchs
8, Punkt f), denn gerade für
den mobilen Einsatz ist es wichtig, dass der Transport der Vorrichtung
geschützt,
schnell und unkompliziert erfolgen kann und der Stand der Vorrichtung
sicher ist. Dies ist bei der Montage auf einem Schienenfahrzeug
gemäß 3 gegeben,
die Sensoren (8) sind z. B. mit Trägern (12) und (13)
in den Positionen (D) und (E) am Aufbau (7) befestigt.
Es kann zum Einsatz bequem auf einem Parallelgleis zu der Strecke,
auf der die zu untersuchenden Züge
fahren, abgestellt werden, wo sich dann die Sensoren (8)
im Abstand (14) zum zu überprüfenden Wagon
befinden.
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Eine
weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch
14 gegeben, denn die benötigte
Energie kann über
das Energiemodul (23) aus verschiedenen Quellen zugeführt werden (siehe
dazu auch die Beschreibung des Schutzanspruchs 8 Punkt g).
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Zum
einen kann das Modul (23) selbst eine Batterie sein. Zum
anderen könnte
es z. B. mit Strom direkt über
Kabel aus der „Steckdose” (bzw.
einem festen Anschluß)
oder von Solarzellen gespeist werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
ist, Strom von einer piezoelektrischen Anlage oder einer „Induktionsschleife” zu beziehen,
bei denen erst durch die allgemein bekannten Wirkprinzipien die
Vorbei- bzw. Überfahrt
eines Schienenfahrzeugs den Strom erzeugt.
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Die
Zwischenspeicherung und die Nutzung vorhandener Anlagen sind natürlich möglich und sinnvoll.
Batterie, Solar, Piezo und Induktion werden als kabellose Energieübertragung
bezeichnet, da in diesem Fall nicht über hunderte von Metern Kabel verlegt
werden müssen.
Verwendet man Energie, die nicht von öffentlichen Netzen stammt,
ist dies oft kostengünstiger,
man bleibt unabhängig
und ist auch für Notfälle gerüstet.
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Die
Ausprägung
der Erfindung gestattet es weiterhin gemäß dem nächsten Schutzanspruch 15, dass
man durch optimierte Tourenplanung und Verteilung der Vorrichtungen über das
gesamte Schienennetz auf die meist frequentierten Strecken quasi über ein
Frühwarnsystem
verfügt,
das es ermöglicht, von
der bisher praktizierten Intervallwartung auf die wesentlich günstigere
Bedarfswartung bzw. eine Kombination daraus, umzustellen.
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So
kann es vielleicht praktikabel sein, jeden Güterwagon z. B. mindestens einmal
im Monat während
des Betriebs zu untersuchen. Die Gefahr, dass zwischen diesem Zeitraum
Gravierendes passiert, ist relativ gering und auf alle Fälle geringer
als bei den Zeiträumen
(gefahrenen Kilometern) der Intervallwartung, die wesentlich höher liegen.
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Die
weniger sicherheitsrelevanten, nicht drehenden Teile können nach
wie vor durch Sichtprüfung
bei den Beladevorgängen überwacht
werden. Natürlich
muß auch
weiterhin eine regelmäßige Prüfung und
Wartung in der Halle erfolgen, nur eben zu einem späteren „Zeitpunkt”. Würde sich
dieser bei gleicher Sicherheit z. B. von alle 500.000 km auf alle 750.000
km verschieben, wären
dies umgerechnet immense Kosteneinsparungen.
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Schlecht
ausgelastete Wartungsanlagen könnten
geschlossen und der Neubau unnötiger
Kapazitäten
verhindert werden. Dabei soll die Sicherheit des Schienenverkehrs
natürlich
immer im Vordergrund stehen. Dies bedeutet: gleiche Sicherheit bei deutlich
reduziertem Aufwand oder deutlich höhere Sicherheit bei gleichem
Aufwand.
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Eine
weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch
16 gegeben, denn die Untersuchung kann, wie in 2 zu
sehen, nicht nur z. B. in Position (A) punktuell an einer bestimmten Stelle
(X), sondern über
einen gesamten Bereich/Strecke (Y) erfolgen. Dies ist insbesondere dann
sinnvoll und wichtig, wenn die zu untersuchenden Bauteile während eines
kompletten Belastungszyklus geprüft
werden sollen, sprich während
einer kompletten Umdrehung. Als ein Beispiel mag hier ein so genannter
Bremsplatten bei einem Rad dienen, der ja nicht immer Kontakt mit
der Schiene hat und in dieser Zeit folglich „unhörbar” ist. Der auf den Schienen
zurück
gelegte Weg einer kompletten Umdrehung richtet sich nach dem Radius/Durchmesser
der Räder
und dürfte
bei einer angenommenen Radhöhe von
ca. 0,8 m bei ca. 2,5 m liegen. Dies entspricht dann der zu überwachenden
Strecke (Y).