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Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug, insbesondere eine Lokomotive oder ein Triebfahrzeug, mit den im Oberbegriff des Schutzanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
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Demnach umfasst ein Schienenfahrzeug einen Fahrzeugkasten und wenigstens ein den Fahrzeugkasten tragendes Fahrwerk. Das Fahrwerk weist mindestens einen Radsatz mit zwei über eine Radachse verbundenen Schienenrädern und einen sich auf dem mindestens einen Radsatz abstützenden Fahrwerksrahmen auf. Die Lauffläche und der Spurkranz eines Schienenrades bilden ein Radprofil einer vorgegebenen Geometrie, beispielsweise ist in Deutschland, Österreich und der Schweiz das Standard-Radprofil UIC-ORE S1002 gängig. Jedes Radprofil hat Verschleißgrenzwerte, deren Einhaltung notwendig ist, um einen stabilen Radlauf zu garantieren. Erreicht ein Radprofil die zulässigen Verschleißgrenzwerte, muss das Schienenrad reprofiliert werden. Hierzu ist es bekannt, dass der Betreiber des Schienenfahrzeugs den Verschleißzustand des Radprofils in regelmäßigen Zeitintervallen prüft.
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Aus der Patentschrift
DE 43 12 876 B4 ist eine Vorrichtung zum Messen und Bestimmen der Veränderung an der Lauffläche und dem Spurkranz eines Rades bei fahrenden Schienenfahrzeugen bekannt. Nach einer bestimmten Laufleistung werden die Veränderungen des Profils an mehreren Kontrollpunkten überprüft. Dabei wird das auf dem Spurkranz rollende Schienenfahrzeug einseitig über eine schräg geneigte Lauffläche einer Tragschiene mit dem Radrücken an eine Vielzahl von Rollenführungen angelegt. Als berührungsloses Abstandsmessgerät werden Sensoren eines Laserstrahls verwendet, um die Abstände zur Spurkranzkehle, zum Spurkranzrücken sowie zur Lauffläche abzutasten.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 101 02 673 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Raddurchmessers und/oder des Radprofils von Schienenfahrzeugrädern bekannt. Hierzu wird ein Messschlitten parallel zu mindestens einem Rad eines über eine Messstrecke bewegten Radsatzes bewegt. Vom Messschlitten wird mindestens ein Messstrahl auf die Radlauffläche des zu vermessenden Rades gerichtet, der reflektierte Messstrahl erfasst und daraus die Entfernung zur Radlauffläche des vermessenden Rades ermittelt. Aus einer erfassten und/oder berechneten Relativposition des zu messenden Rades und des Messschlittens wird zumindest ein Teilradius des vermessenden Rades bestimmt. Die Sensoren weisen eine Laserstrahl-Abgabeeinrichtung sowie eine Laserstrahl-Messeinrichtung auf, die vorzugsweise aus einer CCD-Messeinrichtung besteht.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2004 033 432 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Messung von Zustandsdaten an einem rollenden Radsatz eines schienengebundenen Fahrzeugs. Dazu sind Mittel zur Erfassung der Spurkranzhöhe gegenüber einem von der Schienenhöhe abhängigen Referenzpunkt vorgesehen. Zur Erfassung der Spurkranzhöhe ist vertikal unter den vorbeilaufenden Spurkränzen neben der Schiene mindestens ein berührungslos messender Abstandssensor vorgesehen. Die erfassten Abstandswerte werden einer Auswertevorrichtung übermittelt, die aus dem Abstandswert mindestens die Abnutzung einer der Radlaufflächen oder mindestens den mittleren Radlaufdurchmesser eines Radsatzes ermittelt. Bei den Abstandssensoren handelt es sich um berührungslos messende Wegaufnehmer, die vorzugsweise nach dem induktiven Messprinzip arbeiten oder Mikrowellen- oder Ultraschallwegaufnehmer darstellen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2008 062 589 A1 zeigt ein Verfahren zur berührungslosen dynamischen Erfassung des Durchmessers eines Schienenfahrzeugrades. Um bei einem einfachen Aufbau der Messvorrichtung eine hohe Messgenauigkeit zu gewährleisten, wobei kein Einsatz von Lasertechnik erforderlich ist, wird vorgeschlagen, dass eine Oberkante der Schiene sowie ein Rand des Schienenfahrzeugrades im Bereich eines Spurkranzes oberhalb eines Schienenkopfes von einer Seite beleuchtet und von der anderen Seite mittels zweier, jeweils digitalisierte Aufnahmen liefernde Abwicklungseinrichtungen aufgenommen werden. Aus mindestens zwei Aufnahmen des Randes werden mittels eines Bildverarbeitungsalgorithmus der Mittelpunkt des Schienenfahrzeugrades und aus der Differenz zwischen der Oberkante der Schiene und dem Mittelpunkt der Durchmesser des Schienenfahrzeugrades bestimmt.
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Es obliegt einem Betreiber eines Schienenfahrzeuges, die Betriebsgrenzwerte eines Radprofils einzuhalten. Hierzu muss er in regelmäßigen Prüfintervallen den Verschleißzustand des Radprofils überprüfen, wozu er das Schienenfahrzeug in ein Depot oder eine Vertragswerkstätte mit einer der bekannten Prüfeinrichtungen vorzufahren hat. Im Rahmen dieser Nachschauen oder Fristarbeiten wird überprüft, ob ein vom Betreiber des Schienenfahrzeugs festgelegtes Werksgrenzmaß unterschritten ist. Die Einhaltung der Werksgrenzmaße garantiert, dass das Schienenfahrzeug während des nächsten Prüfintervalls die Betriebsgrenzmaße nicht unterschreitet. Die Werksgrenzmaße legt der Betreiber aufgrund seiner Erfahrungen mit dem Schienenfahrzeug fest. Eine optimale Ausnutzung der Standzeit eines Radprofiles ist gegeben, wenn das Schienenfahrzeug bis zum zulässigen Betriebsgrenzmaß betrieben wird. Dies erfordert möglichst kurze Prüfintervalle, was jedoch mit einem hohen Prüf- und Messaufwand einher geht. Je länger die Prüfintervalle gewählt werden, umso größer muss auch die Verschleißreserve der Grenzwerte zwischen Werksgrenzmaß und Betriebsgrenzmaß bemessen werden, um zu gewährleisten, dass das Betriebsgrenzmaß auch bei einer größeren Laufleistung nicht unterschritten wird. Dies wiederum verringert die Standzeiten der Schienenräder, da die vollen Verschleißreserven zwischen Werksgrenzmaß und Betriebsgrenzmaß nicht in jedem Fall ausgenutzt werden. Es werden damit Schienenräder reprofiliert, die das Betriebsgrenzmaß noch nicht erreicht haben.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen zu treffen, die es einem Betreiber eines Schienenfahrzeugs ermöglicht, möglichst lange Standzeiten der Schienenräder zu erreichen.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Schienenfahrzeug mit den im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Demnach umfasst ein Schienenfahrzeug, insbesondere eine Lokomotive oder ein Triebfahrzeug, einen Fahrzeugkasten und wenigstens ein den Fahrzeugkasten tragendes Fahrwerk. Das Fahrwerk weist mindestens einen Radsatz mit zwei über eine Radachse verbundenen Schienenrädern und einen sich auf dem mindestens einen Radsatz abstützenden Fahrwerksrahmen auf. Erfindungsgemäß umfasst das Schienenfahrzeug eine fahrzeugseitig angeordnete Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Verschleißzustandes wenigstens eines der Schienenräder. Hierdurch ist es möglich, den Verschleißzustand eines Radprofils ortsunabhängig und permanent zu erfassen und zu überwachen. Indem die Erfassungseinrichtung vom Schienenfahrzeug mitgeführt wird, muss kein gesonderter Ort, wie zum Beispiel ein Fahrzeugdepot oder eine Inspektionswerkstatt, zu Prüfzwecken extra angefahren werden. Der Verschleißzustand kann fortwährend oder in vom Betreiber des Schienenfahrzeugs gewählten Zyklen abgefragt werden, um erforderliche Maßnahmen treffen zu können. Hierdurch ist ein Wechsel von der bislang bekannten prüfintervallorientierten zu einer zustandsorientierten Reprofilierungsstrategie möglich. Die Reprofilierung eines Schienenrades wird erst dann vorgenommen, wenn der Verschleiß nahe am Betriebsgrenzmaß eines Radprofils liegt. Festlegung und Einhaltung von Werksgrenzmaßen erübrigen sich damit, die Standzeiten der Radprofile von Schienenrädern werden verlängert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs weist die Erfassungseinrichtung eine optische Abtasteinheit auf, die derart angeordnet und auf ein Radprofil und eine Stirnfläche des Schienenrades ausgerichtet ist, dass das aktuelle Ist-Radprofil repräsentierende Messdaten erfassbar sind. Als optische Abtasteinheit findet vorzugsweise ein Laserscanner Einsatz, ebenso können eine CCD-Kamera oder eine Videokamera verwendet werden. Der Messbereich der Abtasteinheit erfasst das Radprofil mit Lauffläche und Spurkranz sowie eine Stirnfläche des Schienenrades als Referenzebene für die Messdaten.
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Vorzugsweise ist die Abtasteinheit des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeuges am Fahrwerksrahmen befestigt. Bei der Auswertung der Messdaten kann gegebenenfalls berücksichtigt werden, dass der Fahrwerksrahmen aufgrund seiner Primärfederung relativ zum Radsatz schwingt. Am Fahrwerksrahmen bieten sich geeignete Einbauorte, an welchen sich die Erfassungseinrichtung zur Ausrichtung ihres Messbereichs auf das Radprofil einrichten lässt. Alternativ, beispielsweise wenn das Fahrwerk keinen Rahmen aufweist, kann die Abtasteinheit an einem Unterboden des Fahrzeugkastens befestigt werden. Hierbei kann berücksichtigt werden, dass die Abtasteinheit aufgrund der Sekundärfederung des Fahrzeugkastens relativ zum Fahrwerksrahmen schwingt. Die Bereinigung der aufgenommenen Messdaten um die Schwingungsbewegung der Abtasteinheit relativ zum Schienenrad kann mit an sich bekannten Softwarealgorithmen erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist für jedes Schienenrad oder für jedes Fahrwerk oder insgesamt nur eine Abtasteinheit vorgesehen. Ist für jedes Schienenrad eine Abtasteinheit vorgesehen, so kann der Verschleißzustand jedes Radprofiles einzeln erfasst und abgefragt werden. Da jedoch der Verschleißzustand der Schienenräder innerhalb eines Fahrwerks, häufig auch innerhalb des gesamten Schienenfahrzeugs, sehr ähnlich ist, genügten mitunter auch weniger Abtasteinheiten. So kann nur eine einzige Abtasteinheit je Fahrwerk oder gar je Schienenfahrzeug ausreichend sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs weist die Erfassungseinrichtung eine Auswertungseinheit zur Auswertung der erfassten Messdaten auf, mittels der durch Vergleich des aktuellen Ist-Radprofils mit einem gespeicherten Soll-Radprofil der aktuelle Verschleißzustand ermittelbar ist. Der Verschleißzustand wird demnach aus der Größe der Abweichung zwischen Ist- und Soll-Radprofil abgeleitet. Das Soll-Radprofil der im Einsatz befindlichen Schienenräder wird vorab durch den Betreiber des Schienenfahrzeugs in der Auswertungseinheit abgespeichert. Damit kann die Erfassungseinrichtung für verschiedene Schienenfahrzeuge und deren gegebenenfalls unterschiedliche Schienenräder verwendet werden.
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Vorzugsweise ist die Auswertungseinheit der Erfassungseinrichtung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs dazu ausgebildet, einen ermittelten Verschleißzustand des Schienenrades vordefinierten Verschleißbildern zuzuordnen. Verschleißbilder, wie beispielsweise Hohllauf oder Spurkranzverdickung, sind durch bestimmte Abweichungen von Soll-Maßen des Radprofils definierbar und auf diese Weise durch Vergleich mit den erfassten Ist-Messdaten identifizierbar. Durch die Klassifizierung des Verschleißzustandes anhand von Verschleißbildern ist es einem Betreiber des Schienenfahrzeugs möglich, die Standzeit der Radprofile zu verlängern, indem das Schienenfahrzeugs auf Strecken eingesetzt wird, die unterschiedliche Verschleißbilder an den Schienenrädern verursachen. Während ein Flachlandeinsatz eines Schienenfahrzeugs mit Hohllauf an den Laufflächen der Schienenräder einhergeht, führt ein Gebirgseinsatz des Schienenfahrzeugs zu verstärktem Verschleiß an den Spurkränzen der Schienenräder. Durch einen Wechsel zwischen Flachland- und Gebirgseinsatz kann damit die Standzeit der Schienenräder bis zur nächsten Reprofilierung verlängert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ist die Auswertungseinheit dazu ausgebildet, anhand des Verschleißzustandes und/oder des zugeordneten Verschleißbildes einen Hinweis auf eine erforderliche Reprofilierung des Schienenrades und/oder auf einen alternativen, das Verschleißbild korrigierenden Fahrzeugeinsatz an ein Fahrerassistenzsystem und/oder an eine Fahrzeugbetriebszentrale zu geben. Durch einen solchen automatisierten Hinweis werden Verschleißreserven der Schienenräder optimal ausgenutzt, um maximale Standzeiten zu erreichen, und der Führer des Schienenfahrzeugs oder die Betriebszentrale automatisch informiert, um entweder standzeitverlängernde Maßnahmen oder eine Reprofilierung des Schienenrades einzuleiten.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, in deren einziger Figur ein Fahrzeug des Schienenfahrzeugs in Draufsicht schematisch veranschaulicht ist.
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Gemäß der einzigen Figur weist ein Fahrwerk 1 zwei Radsätze 2 mit jeweils zwei über eine Radachse 3 verbundenen Schienenrädern 4 auf. Das Fahrwerk 1 weist ferner einen sich auf den Radsätzen 2 abstützenden Fahrwerksrahmen 5 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel H-förmig ausgebildet ist und sich über nicht dargestellte Primärfedern auf endständige Achslager der Radachsen 3 abstützt. Ein nicht dargestelltes erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, beispielsweise eine Lokomotive, umfasst ferner einen Fahrzeugkasten, der von mindestens einem Fahrwerk 1 getragen wird und der sich über eine Sekundärfederung auf diesen abstützt.
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An den Innenseiten der Längsträger des Fahrwerksrahmens 5 sind Erfassungseinrichtungen 6 zur Erfassung eines Verschleißzustandes der Schienenräder 4 angeordnet. Für jedes Schienenrad 4 ist eine eigene Erfassungseinrichtung 6, die eine optische Abtasteinheit aufweist, vorgesehen. Die Abtasteinheit ist vorzugsweise als Laserscanner ausgebildet, kann aber auch eine CCD- oder Videokamera sein. Die Abtasteinheit ist derart angeordnet und ausgerichtet, dass deren Messbereich 7 eine Stirnfläche 8 und ein Radprofil 9 des Schienenrades 4 abtastet. Hierbei werden Messdaten erfasst, die das aktuelle Ist-Radprofil des Schienenrades 4 repräsentieren.
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Kann die Abtasteinheit nicht am Fahrwerksrahmen 5 befestigt werden, so kann diese auch an einem Unterboden des Fahrzeugkastens angebracht werden. Alternativ zu den vier Erfassungseinrichtungen 6 können je Radsatz 2 oder sogar je Fahrwerk 1 nur eine einzige Erfassungseinrichtung 6 vorgesehen sein.
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Die Erfassungseinrichtung 6 weist zur Auswertung der erfassten Messdaten eine nicht dargestellte Auswertungseinheit auf, mittels der durch Vergleich des aktuellen Ist-Radprofils mit einem gespeicherten Soll-Radprofil der aktuelle Verschleißzustand eines Schienenrades 4 ermittelbar ist. Aufgrund der fahrzeugseitigen Anordnung der Erfassungseinrichtung 6 ist die Ermittlung des Verschleißzustandes ortsunabhängig und kann jederzeit – entweder fortwährend oder in vorgegebenen Zyklen – abgefragt werden. Hierdurch kann die Vorgabe und Einhaltung von Werksgrenzwerten für die Radprofile 9 der Schienenräder 4 entfallen, da die Verschleißreserven der Schienenräder 4 bis nahe an die Betriebsgrenzmaße ausgeschöpft werden können, bevor das Schienenfahrzeug zur Reprofilierung der Schienenräder 4 vorgeführt werden muss. Durch die Online- beziehungsweise Onboard-Erfassung der Verschleißzustände kann zu einer zustandsorientierten Reprofilierungsstrategie übergegangen werden, wodurch sich die Standzeiten der Radprofile 9 der Schienenräder 4 wesentlich erhöhen.
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Die Auswertungseinheit kann dazu ausgebildet sein, einen ermittelten Verschleißzustand des Schienenrades 4 vordefinierten Verschleißbildern zuzuordnen. Ein derartiges Verschleißbild kann beispielsweise Hohllauf sein, der vorzugsweise bei einem Flachlandeinsatz des Schienenfahrzeuges auftritt. Ein anderes Verschleißbild ist eine Verringerung der Spurkranzdicke, welche vorzugsweise bei Gebirgseinsätzen des Schienenfahrzeugs auftritt. Ist die Auswertungseinheit dazu ausgebildet, anhand des Verschleißzustandes und/oder des zugeordneten Verschleißbildes einen Hinweis auf eine erforderliche Reprofilierung des Schienenrades 4 und/oder auf einen alternativen, das Verschleißbild korrigierenden Fahrzeugeinsatz an ein Fahrerassistenzsystem und/oder an eine Fahrzeugbetriebszentrale zu geben, kann die Standzeit der Schienenräder 4 weiter verlängert werden. So kann ein Schienenfahrzeug, welches aufgrund seines bisherigen Einsatzes im Flachland ein Hohllauf-Verschleißbild zeigt, künftig im Gebirge eingesetzt werden, um die Laufflächen zu schonen und die Verschleißreserven der Spurkränze auszuschöpfen – und umgekehrt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4312876 B4 [0003]
- DE 10102673 A1 [0004]
- DE 102004033432 A1 [0005]
- DE 102008062589 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Standard-Radprofil UIC-ORE S1002 [0002]
