DE4238151A1 - Verfahren zur Ermittlung der Temperatur von Eisenbahnfahrzeugen und Fahrzeugkomponenten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung der Tempera­ turen von einzelnen Eisenbahnfahrzeugen und Fahrzeugkompo­ nenten und der Temperaturverläufe in diesen Fahrzeugen während deren Vorbeifahrt durch Messung der IR-Strahlung unter Aus­ blendung von Infrarotstörquellen und/oder deren Reflexion und durch Vergleich der Meßwerte mit bekannten im System abgespeicherten Infrarotsignalmustern von Fahrzeug und Fahr­ zeugkomponenten und zur Bestimmung des jeweiligen Raddurch­ messers und der Radposition und zur Realisierung von raddurch­ messerabhängigen Alarmschwellen.

Zu diesem Zweck ist es bekannt, daß bei der Mehrzahl aller Bahnverwaltungen IR-Meßsysteme im Gleis zur Überwachung der Temperaturen von Radsatzlagern, Rädern und Bremsen eingesetzt werden, bei denen Schienenkontakte aus der Signaltechnik zur Anwendung kommen. Diese nach magnetischem oder elektromagne­ tischem, physikalischem Prinzip arbeitenden Gleisschaltmittel, die als Einzel- oder Doppel-Verstimmungs- oder Kopplungssystem ausgeführt sein können, sind derart angeordnet, daß sie ein durch das Fahrzeug gesteuertes und zur Signalauswertungsfrei­ gabe bestimmtes Gatesignal abgeben, wenn das zu überwachende Lager und/oder Bremse sich im Sichtfeld der IR-Meßtechnik befindet.

Bei Überschreitung festgelegter maximal zulässiger Tempera­ turschwellen lösen diese Systeme ohne Berücksichtung der Art der Wärmequelle und Gattung des Fahrzeugs Alarm bei den Be­ triebsstellen aus. Von hier werden die Züge mit auffällig hohen Temperaturen an einzelnen technischen Einrichtungen zum Zwecke der technischen Untersuchung angehalten.

Alle diese bekannten Verfahren haben gravierende Nachteile bezüglich der geschwindigkeitsabhängigen Torpositions- und Torlängenverschiebung der verwendeten Gleismittel. Die hierdurch mögliche Einbeziehung der IR-Strahlung von anderen Wärmequellen in die Temperaturmessung verfälscht das Meßergebnis zu höheren, gegebenenfalls auch zu niedrigeren Temperaturwerten.

Durch Vernachlässigung des jeweiligen Raddurchmessers, von dem die Position - und bei Radsatzlagern und Bremseinrichtungen auch die Arbeitstemperatur - der am Fahrzeug zu erfassenden Einrichtung abhängt, wird bei sehr kleinen (z. B. 350 mm) und sehr großen (z. B. 1200 mm) Raddurchmessern das Meßobjekt nur teilweise oder gar nicht und/oder mit unterschiedlichen Bild­ feldgrößen erfaßt. Dies führt zu Meßfehlern und damit bei zu hohen Meßwerten zwangsläufig zu einer Anhäufung von Fehl­ alarmen, die in der Regel mit Betriebsstörungen durch Anhalten der Züge verbunden sind. Bei zu niedrigen Meßwerten können zu stark überhitzte oder gar brennende Fahrzeugelemente ggf. nicht geortet werden und hierdurch Betriebsgefahren entstehen, die zur Entgleisung von Fahrzeugen führen können.

Derartige Betriebsstörungen und Betriebsgefährdungen werden bei der Mehrzahl der Bahnverwaltungen wegen zwischenzeitlich notwendigen und auch realisierten kurzen Zug folgen und der hohen Fahrgeschwindigkeiten nicht mehr hingenommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu überwinden und die Erfassung der Temperaturen des zu über­ wachenden Fahrzeugs und dessen Komponenten mit beliebigen IR-Meßsystemen durch Aufnahme, Abspeicherung und Identifi­ zierung des jeweiligen Temperaturprofils in Abhängigkeit von der Radposition zu ermöglichen und hierdurch Fremdwärmequellen auszuschließen, den Raddurchmesser und damit die Fahrzeug­ gattung zu bestimmen und die Realisierung fahrzeugspezifischer Temperaturbewertungen unter Zuhilfenahme des jeweiligen Rad­ durchmessers und der damit verbundenen spezifischen Komponenten­ temperatur zu ermöglichen.

Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren gelöst, das die in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte aufweist. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Ansprüchen 8 und 9 angegeben.

Das Verfahren umfaßt die Schritte, die Radposition und den Raddurchmesser der Fahrzeuge zu ermitteln und dann den Tempe­ raturverlauf einer Wärmequelle am Fahrzeug mit bekannten IR-Signalmustern der Fahrzeuge bzw. Fahrzeugkomponenten zu vergleichen. Durch Zuordnung der Einzelmeßwerte des Tempera­ turverlaufs zur jeweiligen Radposition wird über den Raddurch­ messer die Fahrzeuggattung ermittelt und der Temperaturverlauf in einem dem Meßsystem nachgeschalteten Rechnersystem abgespeichert.

Durch Vergleich mit einem ebenfalls in diesem Rechnersystem abgelegten fahrzeuggattungsgleichen Signalmuster, dessen zeit­ liche Auflösung an die Auflösung der Meßtemperatur angeglichen wird, ist eine Beurteilung der Plausibilität des Meßtemperatur­ verlaufs und damit die Ausblendung von störenden Nachbarwärme­ quellen und Reflexionen möglich, die vom IR-System miterfaßt werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in Seitenansicht ein Fahrzeug, den Radsatz mit radspezifischen technischen Einrich­ tungen und Wärmequellen, dazu die Fahrschiene mit Gleisschaltmittel und üblicherweise angeord­ netem IR-Meßsystem, und die graphischen Darstellungen des elektrischen Signals

• - des Schienenkontakt-Gates,
• - der IR-Meßsysteme, und
• - des dazugehörigen Normtemperatursignals.

Fig. 2 schematisch in Vorderansicht ein Fahrzeug, den Radsatz mit radspezifischen technischen Einrichtungen, die Sonne als IR-Störquelle, die Fahrschienen mit Schwelle, und parallel zur Schwelle angeordnete IR-Sensoren,

Fig. 3 Fahrschiene mit Gleisschaltmitteln, IR-Meßsysteme, Elektronik im Gleisbereich, Auswerteelektronik, dargestellt als PC, Meldeelektronik bei der Betriebsstelle, ebenfalls dargestellt als PC.

In Fig. 1 sind das Fahrzeug 1 mit Aufbau, dem Rad 3, der Licht­ maschine 4 und dem Radsatzlager 5 dargestellt.

Die Fahrschiene 8 trägt den Schienenkontakt 26, der zur Anla­ genaktivierung dient, sowie das Infrarotmeßsystem 7, das als Meß- und Gatekontakt arbeitet.

Die Diagramme zeigen den Gatesignalverlauf 9, den IR-Signal­ verlauf 10 und den Normsignalverlauf 11, zu den Zeitpunkten a-w der Zeit-/Wegachse 12, wobei die Anzahl der Betrachtungsschritte 12a-12w . . . oder die Betrachtungsfrequenz erfindungsgemäß von der Zuggeschwindigkeit und/oder vom Meßtakt mindestens eines IR-Meßsystems abhängt.

Die IR-Quelle 2 stellt eine Fremdwärmequelle dar, die zum Zeitpunkt d der Zeit/Weg-Achse 12 ein IR-Signal gemäß dem IR-Signalverlauf 10 besitzt.

Zu dem Zeitpunkt 12d befindet sich das Gatesignal 9 in Stellung ′off′ oder ′low′ und der Pegel des Normsignals 11 auf Normal- oder Außentemperatur.

Die IR-Quelle 2 kann die hier beispielhaft dargestellte Lager­ temperaturerfassung nicht beeinflussen.

Die Lichtmaschine 4 wird im Zeitbereich 12f-12l vom Infrarot­ meßsystem 7 mit dem IR-Signalverlauf 10 erfaßt.

Im Zeitbereich 12f-12i kann die Lichtmaschinentemperatur die Lagertemperaturerfassung nicht beeinflussen, da das Gate­ signal 9 in diesem Zeitbereich auf ′low′ steht und die Messung nicht zur Auswertung freigibt.

Im Zeitbereich 12i-12s steht das Gatesignal 9 auf ′high′, und die Lichtmaschinentemperatur, die ggf. weit höhere Werte annehmen kann als die maximal zulässige Lagertemperatur, wird im Bereich 12i-12k bei einer Lagertemperaturerfassung nach dem Stand der Technik, d. h. mit einer herkömmlichen IR-Über­ wachungstechnik, mit erfaßt und kann daher die Lagermeßwerte erheblich verfälschen.

Bei einem Vergleich der IR-Signaltemperaturen des Radsatzlagers mit dem Normsignalpegel 11 und deren Verlauf, gemäß dem Anmel­ dungsgegenstand, können jedoch Wärmequellen vor und nach dem Lager erkannt und IR-Meßwertverläufe 10, die nicht den nor­ mierten Temperaturverläufen 11 entsprechen, und die ggf. durch Sonne oder Funkenflug ausgelöst wurden, korrigiert werden. Hierdurch werden Fehlmessungen grundsätzlich ausgeschlossen.

Aus der Vorderansicht der Fig. 2, die wiederum ein Fahrzeug mit Aufbau 1, mit Radsatz und Gleis darstellt, sind die zu überwachenden Radsatzeinrichtungen, die Räder 3, die Radsatz­ welle 3a, die Bremseinrichtungen 4a und die Lager 5 ersichtlich. Parallel zur Gleisschwelle 8a, auf der die Schienen 8 ruhen, sind die IR-Sensoren 7a-7q, angeordnet, die zur Fahrzeug­ und/oder Radsatzüberwachung eingesetzt sind. Die IR-Signale dieser Sensoren sind in Fig. 1 mit 10A-10Q bezeichnet, und deren zugehörigen Normsignale mit 11a-11q.

Fig. 3 zeigt im Abschnitt A die Schienenausrüstung mit der Fahrschiene 8 und den daran befestigten Schienenkontakten 6, 26 in der Funktion als Einschaltkontakt 26 und als Gatekontakt 6. Die zwischen den elektromagnetischen Sendern 6a, 6b und 26a, 26b mit den zugeordneten Empfängern 6c, 6d und 26c, 26d aufgebaute elektrische Grundkopplung wird in Abhängigkeit von der Rad­ position über dem jeweiligen Kontakt 6, 26 und dem Raddurch­ messer des durchlaufenden Rades verändert.

Aus der Veränderung der Grundkopplung kann auf die Radposition in Bezug auf die jeweilige Sende/Empfangseinrichtung und auf den Raddurchmesser durch Ermittlung der zeitlichen Länge der Kopplungsveränderung geschlossen werden.

Der dem Schienenkontakt 6 nachgeordnete Zähler 17, und der dem Schienenkontakt 26 nachgeordnete Zähler 16, werden beim Durchrollen eines Rades von 8a nach 8b nacheinander aktiviert und deaktiviert.

Ausgehend von der Radposition 8a wird vom rollenden Rad das Schienenkontakt-Teilsystem 26b, 26d angesprochen und der Zähler 16 eingeschaltet. Das weiterrollende Rad schaltet durch Akti­ vierung des Schienenkontakt-Teilsystems 26a, 26c den Zähler 16 wieder ab.

Aus der Fahrgeschwindigkeit, die z. B. zwischen den Teilsystemen 26b/26d und 6b/6d ermittelt werden kann, und der Anzahl der Zähl­ impulse des Zählers 16 wird der Raddurchmesser ermittelt. Zwischen den Teilsystemen 6b/6d und 6a/6c mit nachgeschalte­ tem Zähler 17 wird dieser Zählvorgang wiederholt, wobei die Anzahl der zu erwartenden Zählschritte des Rades durch die Teilsysteme 26b/26d; 26a/26c bereits bekannt ist. Hierdurch kann jedem einzelnen Zählschritt am Schienenkontakt 6, der einer fest bestimmten Rad- und damit IR-Meßposition entspricht, ein entsprechender Faktor zur Verstärkung oder Abschwächung des Meßsignals und/oder ein Vergleichswert des gespeicherten Normsignals 11 zugeordnet werden.

Hierdurch können die Einflüsse des Raddurchmessers und der Fahrgeschwindigkeit auf die Torschaltung bis zu höchsten Fahr­ geschwindigkeiten kompensiert und der Erfassungsbereich des Infrarotsystems in den Grenzen der Wirkungsbereiche der Schie­ nenkontakte 26b, 26d; 26a, 26c und 6b, 6d; 6a, 6c und auch zwischen den Schienenkontakten 6, 26 anwendungsspezifisch frei festgelegt werden.

Im Bereich B der Fig. 3 ist die Schienenelektronik 20 mit den Außentemperaturfühlern 21 zur Ermittlung der Außentemperatur auf der Sonnenseite und Außentemperaturfühler 22 zur Ermittlung der Schattentemperatur dargestellt.

Beispielhaft dargestellt ist hier auch der Lauf der Meßsignale über die Datenübertragungseinrichtung 30 mit Sender 30a im Bereich B und Empfänger 30b im Bereich C zu einem Zentralrech­ nersystem 40.

Das Meldesystem 50 überträgt Alarmmeldungen zu der Betriebs­ stelle, die für das Anhalten der Züge zuständig ist.

Claims (9)

1. Verfahren zur Ermittlung der Temperaturen von einzelnen Eisenbahnfahrzeugen bzw. Fahrzeugkomponenten durch Messung von deren IR-Strahlung, unter Ausblendung von IR-Störquellen und deren Reflexionen, während der Fahrt der Fahrzeuge über IR-Sensoren enthaltende Gleismeßein­ richtungen, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils die genaue Radposition und der Raddurchmesser der Fahrzeuge ermittelt wird,
und daß ferner die von den in IR-Meßsystemen (7) enthaltenen IR-Sensoren (7A-Q . . .) ermittelten IR-Profile (10A-Q . . .) mit bekannten IR-Signalmustern (11A-Q . . .) der Fahrzeuge bzw. Fahrzeugkomponenten verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem, dem IR-Meßsystem (7) nachgeordneten, intelligenten Rechnersystem (20, 40, 50) für die Fahrzeuge (1) und/oder Fahrzeugkomponenten (2, 3, 3a, 4, 4a, 5) und/oder sonstige IR-Quellen (100) signifikante Wärmesignalmuster abgelegt werden, deren Amplitudenverlauf und deren zeitliche Länge von der momentanen Zuggeschwindigkeit über der Einrichtung, und/oder der Durchschnittsgeschwindigkeit dieses Fahrzeuges in dem vorherliegenden Streckenabschnitt, und/oder der aus den im Bereich der Einrichtungen in der Sonne und im Schatten herr­ schenden Temperaturen gebildeten Differenztemperatur abhängt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die IR-Meßsignale (1) als auch die IR-Signalmuster (11), als auch die Radsensorsignale (9) der Radsensoren (6, 26) durch geeignete elektronische Ver­ fahren in den Anlagenbereichen A) und/oder B) und/oder C) in gleiche, gleich oder unterschiedlich lange Zeit- und/oder Frequenztaktschritte (12a-12w . . .) aufgeteilt werden, wobei die Anzahl der Schritte (12a-12w . . .) oder die Frequenz von der Zuggeschwindigkeit und/oder vom Meßtakt mindestens eines IR-Meßsystems (7) abhängt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der Taktschritte (12a-12w . . .) die Signalmuster (11) mit den Meßwerten (10) und den Radsensorsignalen (9) hinsichtlich ihres Flankenanstiegs, ihres Flankenabfalls, ihrer Frequenz und der Signalamplitude verglichen werden und bei Abweichungen dieser Signalmerkmale von den Signal­ mustern (11) in den einzelnen Beurteilungsschritten (12a-12w . . .) die IR-Meßwerte entsprechend korrigiert und/oder bei Abwei­ chungen der IR-Meßwerte über ein vorgegebenes Maß hinaus die einzelnen Beurteilungsschritte (12a-12w . . .) ausgeblendet werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die genaue Ermittlung des Rad­ durchmessers eine raddurchmesserabhängige Meßsignalkorrek­ tur, und bei den Rechnersystemen (40, 50) mit infrarotmeß­ signalabhängiger Alarmauslösung eine raddurchmesserab­ hängige Alarmschwellenverschiebung, erfolgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die genaue Ermittlung der Radpo­ sition eines Einzelrades und der Zuordnung nahezu beliebig vieler Radpositionen zu jeweils einem Zählerschritt, bestimmte, frei festlegbare oder durch den Raddurchmesser und/oder den Fahrzeugtyp gegebene Zählerschritte und damit Radpositionen und Meßbereiche des IR-Meßsystems (7) zur Einblendung von Eichquellen und damit zur Kalibrierung des IR-Meßsystems und zur automatisierten Anlagenüberwachung während der Zugfahrt und der Infrarotmessung ausgenutzt, und damit störende Einflüsse des fahrenden Rades auf das Meßsystem bereits während des Meßvorganges aufgedeckt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die genaue Ermittlung der Radpo­ sition eines Einzelrades und des Abstandes der Achsen im Zugverband untereinander die in bekannter Weise über den IR-Meßsystemen (7) angeordneten, von den Radsensoren (6, 26) angesteuerten Verschlußeinrichtungen zwischen den festge­ legten Meßstellen am Fahrzeug geöffnet bzw. geschlossen werden, um die Verschmutzung und die Auskühlung der optischen Elemente der IR-Meßsysteme (7) auf ein Minimum zu verringern.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radsensor (6, 26) aus mindestens einem - ständig oder während einer Zugfahrt ein elektromagnetisches, die Schiene (8) ganz oder teilweise umschließendes elektromagnetisches Wechsel­ feld ausstrahlenden Sender (6a, 6b; 26a, 26b) besteht, dem mindestens ein Empfänger (6c, 6d; 26c, 26d) zugeordnet ist, so daß ein den Bereich zwischen Sender und Empfänger durch­ laufendes Rad die elektromagnetische Kopplung zwischen Sender und Empfänger sowohl in Abhängigkeit von der Radposition zu diesen Einheiten als auch vom jeweiligen Raddurchmesser verändert, so daß aus dem bei Durchfahrt eines Rades gewon­ nenen Signal die Radposition in Bezug auf den Sender und/oder den Empfänger, sowie der jeweilige Raddurchmesser feststellbar sind, und durch die Schaltimpulse von mindestens zwei räumlich nacheinander in Fahrtrichtung an der Schiene (8) oder am Gleis angeordneten Teilelementen eines Radsensors (6a, 7a; 6b, 7b) der zeitliche Bezug zwischen den Schaltimpulsen untereinander - oder bei zwei getrennt aufgebauten Radsensoren der zeitliche Bezug zwischen den Schaltimpulsen der Teil­ elemente untereinander - ermittelt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Empfängern (6c, 6d; 26c, 26d) Zähleinrichtungen nach­ geschaltet sind, die bei einem über die Einrichtungen auf der Schiene (8) von Position (8a) nach Position (8b) rollenden Rad von den Flanken der an den Empfängern (6d, 6c; 26d, 26c) auftretenden Signale aktiviert und deaktiviert werden, so daß beim Abrollen des Rades durch die Anzahl der Zähl­ impulse der jeweils in Fahrtrichtung vorher liegenden Ein­ richtung (26 vor 6) oder Teileinrichtung (6d vor 6c) der danach liegenden Einrichtung (6 nach 26) oder Teileinrichtung (6c nach 6d) der jeweilige Raddurchmesser bereits bekannt ist, wodurch die geschwindigkeits- und raddurchmesserunab­ hängige Möglichkeit zur Erfassung exakt eingrenzbarer Rad­ positionen (und somit auch Fahrzeug- und Fahrzeugkomponenten- Positionen) und Bewertungsbereiche (12) für die diesen Ein­ richtungen zugeordneten IR-Meßsysteme ermöglicht wird.