DE3111297C2 - Schaltungsanordung zum Ausschalten von Fehlersignalen bei der Feststellung von Heißläufern - Google Patents

Schaltungsanordung zum Ausschalten von Fehlersignalen bei der Feststellung von Heißläufern

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Abstract

Es wird ein verbessertes Eisenbahn-Heißläuferdetektorsystem mit einem Verfahren und einer Schaltung zum Verarbeiten von Wellenformen eines Hitzesignals von einem Lager eines Eisenbahnwagens vorgeschlagen, um Falschsignale zu eliminieren und zwischen Wälzlagern und Gleitlagern zu unterscheiden. Die durch vorbeifahrende Lager erzeugten Wellenformen werden zu diskreten Meßwerten verarbeitet und Falschsignale werden eliminiert, indem nur diejenigen Signale berücksichtigt werden, die zwischen den Kreuzungspunkten der Wellenform mit einem Schwellenwert auftreten. Die Unterscheidung zwischen Wälzlagern und Gleitlagern wird erreicht durch Bestimmung des Verhältnisses der Summe der diskreten Werte der Amplitude der Wellenform innerhalb eines ersten Satzes von Meßwerten zwischen den Kreuzungspunkten zu der Summe der diskreten Werte der Amplitude der Wellenform innerhalb eines zweiten Satzes von Meßwerten zwischen den Kreuzungspunkten.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Ausschalten von Fehlersignalen bei der Feststellung von Heißläufern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Um einen Ausfall von Lagern von Eisenbahnrädern zu vermeiden, werden Heißläufer-Detektoren entlang von Gleisabschnitten angeordnet, um mittels Infrarot-Scannern die Lager von vorbeifahrenden Eisenbahnwagen zu überwachen. Wenn ein überhitztes Lager entdeckt wird, wird ein Alarm ausgelöst, um den Zugführer zu veranlassen, den Zug anzuhalten und die gefährliche Situation zu beseitigen. Während es außerordentlich wichtig ist, daß kein Heißläufer von den Scannern übersehen wird, ist es fast gleichermaßen wichtig, daß kein Falschalarm ausgelöst wird, da ein unnötiges Anhalten eines Zuges teuer und zeitraubend ist und den Fahrplan erheblich stören kann.
  • Ein Hauptproblem für die Konstrukteure von Heißläufer-Detektoren ist die Tatsache, daß bei Eisenbahnwagen sowohl Wälzlager als auch Gleitlager verwendet werden. Während alle Lager an einem Eisenbahnwagen normalerweise der gleichen Art sind, können verschiedene Wagen eines Zuges verschiedene Lager haben. Aufgrund der physikalischen Unterschiede zwischen Wälzlagern und Gleitlagern sind die von einem vorbeifahrenden Wälzlager erzeugten Signale beträchtlich höher als die Signale, die von einem passierenden Gleitlager erzeugt werden, so daß, absolut gesehen, ein intaktes Wälzlager als überhitztes Gleitlager angesehen werden könnte. Demzufolge müssen automatische Warnsysteme, die auf der Basis der Amplituden-Feststellung arbeiten, mit Diskriminierungsmitteln zwischen Wälzlagern und Gleitlagern versehen sein, da es einen Amplitudenbereich gibt, der normalen Wälzlagern und überhitzten Gleitlagern gemeinsam ist. Eine Schaltungsanordnung zur Unterscheidung zwischen Wälz- und Gleitlagern ist in der US-PS 38 12 343 enthalten.
  • In der US-PS 41 13 211 ist ein Analogsystem zur Unterscheidung zwischen Heißläufer-Detektor-Signalen von vorbeifahrenden Wälz- lagern und Geleitlagern beschrieben. Das dort beschriebene System arbeitet derart, daß während des Zeitraums, in dem ein Rad eine Abtaststrecke durchläuft, die analoge Signal-Wellenform integriert und dann das Integral mit einem vorbestimmten Abschnitt der Wellenform verglichen wird, um zu entscheiden, ob das betrachtete Lager ein Wälz- oder ein Gleitlager ist. Obgleich dieses System in den meisten Fällen zufriedenstellend arbeitet, entsteht ein ernsthaftes Problem, wenn ein Fehler- signal erscheint, während sich das Lager in der Abtaststrecke befindet. Derartige Signale werden häufig von am Fahrgestell angebrachten Dampfrohren, von Sonnenreflektionen, Eisreflektionen und dgl. ausgelöst.
  • Aus der US-PS 37 31 087 ist eine Schaltungsanordnung zur Aus- schaltung von Fehlersignalen bei der Ermittlung von Heißläufern bekanntgeworden, die innerhalb der Abtaststrecke auftreten. Dabei wird die Zeitdauer jedes Signals mit der Dauer eines Refe- renzsignals verglichen, und wenn das Signal kürzer ist als das Referenzsignal, wird es eliminiert. Probleme entstehen jedoch dann, wenn ein Fehlersignal länger ist als das Referenzsignal. In diesem Fall kann die Schaltungsanordnung nicht zwischen einem Lagersignal und einem Fehlersignal unterscheiden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mit der im wesentlichen alle Fehlersignale eliminiert werden, solange sich das Rad innerhalb der Abtaststrecke befindet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird ein Fehlersignal, das im Bereich des Lagersignals auftritt, durch die angegebene Methode zur Bildung des Schwellenwertes über eine ausreichende Anzahl von Meßwerten ausgemittelt, so daß es keine Auswirkungen hat. Tritt jedoch das Fehlersignal außerhalb des Lagersignals auf, so wird dieses Fehlersignal bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dadurch eliminiert, daß nur diejenigen Meßwerte berücksichtigt werden, die innerhalb der Strecke liegen, welche durch die Kreuzungspunkte des Amplitudenverlaufs mit dem Schwellenwert bestimmt ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert.
  • Es zeigt:
  • Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung zum Verarbeiten eines Hitzesignals,
  • Fig. 2 ein Wellenform-Diagramm, in dem ein Lagersignal von einem unbekannten Lager zusammen mit einem Falschsignal dargestellt ist, und
  • Fig. 3A und 3B idealisierte Wälzlager- und Gleitlager-Wellenformen.
  • Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Infrarot- Scanner 10 zur Feststellung von Heißläufern von Eisenbahnwagen dargestellt ist. Die Wirkungsweise eines derartigen Scanners ist bekannt, und zwar wird die Strahlung von einem Lager 12 eines vorbeifahrenden Rades 14 durch entsprechende optische Mittel erfaßt, während das Rad einen Abschnitt eines Gleises 16 passiert, der durch Rad-Sensoren 18 und 20 begrenzt ist, die mit A bzw. B bezeichnet sind. Im Idealzustand würde für ein vorbeilaufendes Wälzlager das Ausgangssignal des Scanners 10 eine Wellenform haben, die in Fig. 3A dargestellt ist. Für ein vorbeifahrendes Gleitlager wäre die ideale Wellenform die in Fig. 3B gezeigte. Aufgrund von Geräuschen und anderen Signalübertragungsstörungen wird das tatsächliche Ausgangssignal des Scanners 10 beträchtlich verformt und hat keineswegs mehr die Idealform der Fig. 3A und 3B. Es hat sich jedoch gezeigt, daß selbst bei starker Verformung oder Verzerrung der Abfall der Wellenform für ein Gleitlager wesentlich steiler ist als der Anstieg, während bei der Wellenform eines Wälzlagers im allgemeinen Anstieg und Abfall im wesentlichen gleich sind. Von diesem festgestellten Phänomen wird Gebrauch gemacht.
  • Entsprechend der Erfindung entsteht am Ausgang des Scanners 10 ein Signal, dessen Dauer im allgemeinen gleich der Zeit ist, die das Rad braucht, um von dem Sensor 18 zum Sensor 20 zu gelangen, und das aus einem Lager-Hitzesignal 22 besteht, das von Falsch-Signalen 24 von einem Dampfrohr oder dgl. begleitet ist. (siehe Fig. 2). Das Falsch-Signal 24 wird eliminiert, und die Art des Lagers wird unter Benutzung der Schaltung von Fig. 1 in folgender Weise festgestellt:
  • Das Ausgangssignal des Scanners 10 wird zusammen mit dem Ausgangssignal einer geschwindigkeitsunabhängigen Meßwert-Schaltung 28 einem Tor 26 zugeführt. Die Schaltung 28 dient dazu, die °K&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;AB&udf53;lu&udf54; in N gleiche Zeitintervalle aufzuteilen unabhängig davon, wie lange das Rad braucht, um vom Sensor 18 zum Sensor 20 zu gelangen. Das Ausgangssignal des Tors 26, das eine Serie von diskreten Spannungen aufweist, die Punkten entlang der Wellenform 22 entsprechen, wird einem Speicher 30 zugeführt zwecks späterem Abruf von der nachfolgend beschriebenen Verarbeitungseinheit.
  • Die verschiedenen Spannungspegel vom Tor 26 werden in einem Addierer 32 addiert. Das Ausgangssignal des Addierers 32 wird mittels eines Teilers 34 dividiert, dessen Divisor von einem Zähler 36 eingestellt wird, der die tatsächliche Anzahl von signifikanten Meßwerten feststellt, d.h. Meßwerten, die einen von Null (oder von einem anderen vorgewählten Grundpegel) abweichenden Spannungspegel haben. Das Ausgangssignal des Teilers 34 entspricht einem vorläufigen Hitzewert, welcher auch einen Spannungspegel enthält, der dem falschen Hitzesignal 24 entspricht. Der vorläufige Hitzewert wird dann nochmals durch einen festen Teiler 40 dividiert. Das Ausgangssignal 42 des Teilers 40 bildet einen Schwellenwert, der durch die waagerechte Linie °K&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;ab&udf53;lu&udf54; in Fig. 2 dargestellt ist. Es wurde festgestellt, daß, wenn der Schaltkreis 28 32 Meßwerte in der Zeit nimmt, die das Rad braucht, um eine Strecke von z. B. 68 cm zwischen A und B zu durchlaufen, der Teiler 40 durch acht dividieren sollte, um eine geeignete Arbeitsschwelle für das Ausgangssignal eines konventionellen Infrarot-Scanners 10 zu bilden.
  • Das Ausgangssignal des Speichers 30 wird zusammen mit dem Ausgangssignal 42 des Teilers 40 einem Schaltkreis 44 zugeführt, der dazu dient, die Zeitpunkte (a und b) festzustellen, in denen die Wellenform 22 den Schwellenwert kreuzt, der durch das Ausgangssignal 42 des Teilers 40 bestimmt ist. Dies kann auf bequeme Weise dadurch erreicht werden, daß zunächst ein Punkt nahe der Mitte der Strecke °K&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;AB&udf53;lu&udf54;°k bestimmt und dann nach vorwärts und nach rückwärts gesehen wird, um festzustellen, wann der Schwellenwert überschritten wird. Das macht keine Schwierigkeiten, da die Schaltung 28 das Zeitintervall zum Durchlaufen der Strecke °K&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;AB&udf53;lu&udf54; bereits in eine bekannte Anzahl von im gleichen Abstand befindlichen Meßwerten unterteilt. Sobald die Schwellenwert- Kreuzungspunkte a und b bestimmt sind, werden die Spannungspegel der Wellenform 22 während der Abtastperiode zwischen den Kreuzungspunkten in einem Addierer 46 addiert, und die Summe wird durch einen weiteren Teiler 48 dividiert. Der Wert des Teilers 48 wird durch einen Zähler 50 bestimmt, der die Anzahl der Meßwerte feststellt, die zwischen den Kreuzungspunkten a und b aufgenommen wurden.
  • Das Ausgangssignal des Teilers 48 repräsentiert einen absoluten Hitzewert und kann zum Auslösen eines Alarms verwendet werden, wenn es einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Das Ausgangssignal des Zählers 50 dient auch dazu, zwei Abschnitte von °K&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;ab&udf53;lu&udf54; durch Zähler 58 und 60 zu bestimmen. Der Zähler 58 ermöglicht es einem Addierer 56, die Summe der Spannungspegel zu bilden, die während eines ersten Abschnittes der Strecke °K&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;ab&udf53;lu&udf54; erhalten wurde. Der Zähler 60 ermöglicht es einem Addierer 62, die Summe von Spannungspegeln zu bilden, die während eines zweiten Abschnittes der Strecke °K&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;ab&udf53;lu&udf54; erhalten wurden Die Ausgangssignale der Addierer 56 und 62 werden einem Komparator 52 zugeführt.
  • Da Die Spannungsmeßwerte in gleichen Zeitabständen genommen werden, sind die Summen der Spannungspegel (d. h. der Ausgangssignale der Addierer 56 und 62) jeweils grob gesehen gleich den Integralen der betreffenden Abschnitte der Wellenform und demzufolge repräsentativ für die Flächen unter der Wellenform für jeden Abschnitt. In einer ausgeführten Anlage sind die ausgewählten Abschnitte die ersten und zweiten Hälften der Strecke °K&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;ab&udf53;lu&udf54;.
    -
  • Wie vorher ausgeführt, sind bei einem Wälzlager die Flächen I und II in Fig. 3A auf beiden Seiten der Mittellinie zwischen a und b im wesentlichen gleich, während für ein Gleitlager die Fläche I in Fig. 3B auf der linken Seite der Mittellinie zwischen a und b etwa halb so groß ist wie die Fläche II auf der rechten Seite dieser Mittellinie. Wenn also das Ausgangssignal des Addierers 56 kleiner ist als ²/&sub3; des Ausgangs des Addierers 62, wird das Lager als Gleitlager behandelt.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß, wenn einmal die Punkte a und b bestimmt sind, die aufgrund des falschen Hitzesignals 24 erzeugten Spannungspegel von der weiteren Betrachtung eliminiert sind und keine Rolle bei der Bestimmung der Art des Lagers oder des erreichten Hitzepegels spielen. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Spannungsmeßwerte zwischen a und b ein Maß für die Größe des Lagers ist und die Lage der Spannungsmeßwerte zwischen a und b relativ zu den Meßwerten in der Abtaststrecke A bis B ein Maß für die Radgröße ist.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Ausschalten von Fehlersignalen bei der Feststellung von Heißläufern durch Abtasten der Lager eines Eisenbahnwagens innerhalb einer Abtaststrecke entlang eines Gleisabschnittes mittels eines Infrarot-Scanners zur Erzeugung eines Signals mit einer Amplitude und einem Amplitudenverlauf, der für die Art des abgetasteten Lagers kennzeichnend ist, und mit einer Schaltung, die das Signal in eine vorbestimmte Anzahl von diskreten Meßwerten zerlegt, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Spannungspegel aller über Null liegenden diskreten Meßwerte des Signals addiert und die erhaltene Summe durch die Anzahl der addierten Meßwerte dividiert und der so erhaltene Durchschnittswert durch einen konstanten Faktor zwecks Erhalt eines Schwellenwertes dividiert wird und
b) die Punkte (a, b), an denen der Amplitudenverlauf des Signals und der Schwellenwert sich kreuzen, festgestellt werden und alle Meßwerte außerhalb der durch die Kreuzungspunkte bestimmten Strecke eliminiert werden, wobei als Ausgangsbezugspunkt die Mitte der gesamten Meßstrecke °K(&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;AB&udf53;lu&udf54;)°k gewählt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge der Strecke zwischen den Kreuzungspunkten (a, b) und der Länge der Abtaststrecke °K(&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;AB&udf53;lu&udf54;)°k gebildet wird, um einen Hinweis auf die Größe des abgetasteten Lagers zu erhalten.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Strecke zwischen den Kreuzungspunkten (a, b) relativ zu der Abtaststrecke °K(&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;AB&udf53;lu&udf54;)°k festgestellt wird, um einen Hinweis auf die Größe des betreffenden Rades zu erhalten.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
a) einen Addierer (32) zur Bildung der Summe der diskreten Meßwerte des Signals des Scanners (10), einen variablen Teiler (34), dessen Divisor der Anzahl der Meßwerte entspricht, und einen festen Teiler (40), der das Ausgangssignal des variablen Teilers (34) teilt und dessen Ausgangssignal den Schwellenwert darstellt,
b) einen Schaltkreis (44), der die Kreuzungspunkte (a, b) des Amplitudenverlaufs mit dem Schwellenwert feststellt,
c) eine Schaltung (28) zur Feststellung der Anzahl der diskreten Meßwerte zwischen den Kreuzungspunkten (a, b), und
d) Mittel (46,48) zur Ermittlung des Durchschnittswertes der Spannungspegel der Meßwerte zwischen den Kreuzungspunkten.
DE3111297A 1980-03-31 1981-03-23 Schaltungsanordung zum Ausschalten von Fehlersignalen bei der Feststellung von Heißläufern Expired DE3111297C2 (de)

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