EP3778344A2 - Device for the recognition of the derailing of a wheelset which can be displayed for information purposes - Google Patents

Device for the recognition of the derailing of a wheelset which can be displayed for information purposes Download PDF

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Publication number
EP3778344A2
EP3778344A2 EP20183019.7A EP20183019A EP3778344A2 EP 3778344 A2 EP3778344 A2 EP 3778344A2 EP 20183019 A EP20183019 A EP 20183019A EP 3778344 A2 EP3778344 A2 EP 3778344A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
derailment
wheelset
designed
detection system
evaluation unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20183019.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3778344A3 (en
Inventor
Günter PETSCHNIG
Martin Joch
Herwig Waltensdorfer
Christoph Adelmann
Luca Hribernig
Christian Krenslehner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pj Monitoring GmbH
Original Assignee
Pj Monitoring GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pj Monitoring GmbH filed Critical Pj Monitoring GmbH
Publication of EP3778344A2 publication Critical patent/EP3778344A2/en
Publication of EP3778344A3 publication Critical patent/EP3778344A3/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F9/00—Rail vehicles characterised by means for preventing derailing, e.g. by use of guide wheels
    • B61F9/005—Rail vehicles characterised by means for preventing derailing, e.g. by use of guide wheels by use of non-mechanical means, e.g. acoustic or electromagnetic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0018—Communication with or on the vehicle or train

Definitions

  • the invention relates to a system comprising a car for a train set and a device for detecting a wheel set derailment, the car having a vehicle body and at least two bogies or at least two single wheel sets and the device comprising a transceiver for radio communication with a central device of the train set, by means of which the wheelset derailment can be reported to a train driver.
  • Train formations usually comprise a locomotive and several cars that are coupled to the locomotive. Due to the length and number of the individual wagons, the train formation is usually so long that a train driver in the locomotive does not immediately notice a wagon derailing while it is in motion. However, if a wagon derails unnoticed and the journey is continued over a long distance, this not only results in damage to the derailed wagon, but also in particular to damage the tracks. This can not only result in enormous repair costs, but it can also lead to long downtimes of the train service during the repair. Personal injuries can also occur in oncoming traffic with passenger trains or on the platform.
  • each of the derailment detection systems can autonomously detect a derailment of wheels of the respective wagon and report this via radio link to a central device located in the locomotive in order to report this to the driver at the driver's cab. In the event of a derailment warning, the train driver can then comply with the operational guidelines provided.
  • the derailment detection systems that are used for this task according to the state of the art are either too imprecise (mechanical systems such as those from Knorr-Bremse) or too error-prone, as they are located on moving parts of the wagon - i.e. in the bogie or directly on the axle box - have to be attached and are exposed to high stresses and accelerations.
  • the DE 199 53 677 Cl shows, for example, a derailment detection system in which two or even four acceleration sensors on a bogie, ie one per wheel set or one per wheelset bearing housing. The signal supplied by the acceleration sensors is then integrated twice over time so that a path is determined.
  • this derailment detection system is too error-prone, since the sensors have to be attached to moving parts of the car that are in contact with the lane, and the evaluation of the signals is also too complex.
  • twice or four times as many acceleration sensors are required for this method.
  • an acceleration sensor is mounted on the wheelset bearing housing and the vertical acceleration of the wheel is integrated so that a speed value is calculated.
  • the speed curve in a time window is then compared with a limit value in order to detect a wheelset derailment.
  • the U.S. 3,994,459 discloses a derailment detection system in which an acceleration sensor is positioned in the center of the car without any special precautions. Here it is provided that the sensor sends its measurement data directly to the central device, so that the evaluation of a possible wheel set derailment takes place there. In addition, the energy supply of the transmission units of the respective car is not satisfactory, since batteries or piezoelectric crystals are provided here.
  • the JP 2000 006807 A discloses a train set with a plurality of fixedly coupled carriages.
  • the aim of this system is to determine an abnormality, for example a wheel set derailment, of the car.
  • two acceleration sensors are provided on each of the wagons, and all acceleration sensors of the entire train formation are connected to a single, common derailment detection system by means of cables.
  • This solution is possible because the train formation is designed for high-speed locomotives and in train formations of this type the cars are permanently coupled so that cables can also be laid to the common derailment detection system without any problems. Examples of such applications are Shinkansen, TGV and ICE.
  • a wheelset derailment is recognized in that all measured acceleration values are compared with one another, taking into account a time offset, in the common derailment recognition system, which leads to a particularly complex evaluation strategy.
  • the EP 2 436 574 A1 shows a system for detecting a malfunction before a wheelset derailment occurs.
  • the wheelset derailment itself should not be recognized.
  • an acceleration sensor is arranged on the vehicle body above a bogie.
  • the system of this document uses a complex computation method in which amplitudes are calculated from the measured values, whereupon the amplitudes are subjected to a threshold value comparison.
  • the WO 2019/065434 A1 Fig. 4 shows a vibration damping device for a rail vehicle with a vibration control device. Acceleration sensors are used for vibration damping and the vibration control device controls the vibration damping device directly, so that the device does not output a warning signal.
  • a system comprising a wagon for a train formation and a device for detecting a wheel set derailment, the car having a vehicle body and at least two bogies or two single wheel sets and the device comprising a transceiver for radio communication with a central device of the train formation by means of which the wheelset derailment can be displayed informatively to a train driver, the device comprising at least two vertical acceleration sensors per car, one of which is attached to the vehicle body above one of the bogies or one of the individual wheel sets and another on the vehicle body above another of the bogies or one other of the individual wheel sets is attached, the vertical acceleration sensors being designed to measure acceleration measured values resulting from the vibration behavior of the car and to send them to a derailment detection system, which is used for this purpose is designed to recognize a derailment of the wheelset based on the acceleration measured values and to report the detected wheelset derailment to an evaluation unit, which is designed to send information about the wheelset derailment to the central unit by means of the
  • the invention is based on the knowledge that complex evaluations by means of integration or double integration can be dispensed with in that at least two vertical acceleration sensors are provided, each of which is provided on the vehicle body via different bogies or different individual wheel sets.
  • the solution according to the invention with two vertical acceleration sensors on the vehicle body above different bogies or individual wheel sets eliminates the need for the vertical acceleration sensors to be attached to moving elements such as the bogie, bogie frame, wheel set bearing housing or the wheels.
  • the cabling of the sensors with the derailment detection system can thus be carried out more easily.
  • significantly fewer sensors are required and these are exposed to lower stresses and accelerations, which means that more cost-effective designs can be used.
  • a separate device for detecting a wheel set derailment including the derailment detection system, can be used for each car, the devices communicating wirelessly with the central device independently of the measurement results on other cars. The wagons can thus be exchanged as required, without the need for complex rewiring of the train set.
  • a separate threshold value can also be stored in each device, which threshold value can be independent of threshold values of other cars, the route and the speed.
  • the derailment detection system is preferably designed to detect the wheelset derailment if the acceleration measured values obtained from the vertical acceleration sensors exceed an acceleration limit value. This enables the derailment detection system to evaluate the measured acceleration values in a particularly simple manner.
  • the derailment detection system is designed to determine an effective value over a sliding time window from the measured acceleration values obtained from the vertical acceleration sensors and to detect the wheelset derailment if the effective value is exceeded over an effective acceleration limit value. With this evaluation, a precise detection of wheel set derailments can be carried out, whereby integration or double integration of the acceleration measured values can still be dispensed with.
  • the derailment detection system is designed to start determining an effective value over a sliding time window if the measured acceleration values obtained from the vertical acceleration sensors exceed an acceleration limit value and to detect the wheelset derailment if the effective value is exceeded over an effective acceleration limit value.
  • the system includes at least one further derailment detection system, which is designed to detect a wheelset derailment by means of at least one additional sensor and to report the detected wheelset derailment to the evaluation unit, the evaluation unit being designed to only evaluate the messages positively of the derailment detection system and the at least one further derailment detection system to send information to the central device.
  • the reliability of the detection of a derailment thus increases.
  • the further derailment detection system can be designed as in the prior art or also like the derailment detection system according to the invention. By duplicating or duplicating the derailment detection systems, redundancy can be introduced in order, for example, to be able to continue to detect wheel set derailments if one or more of the sensors are inoperable.
  • the evaluation unit can also take into account measured values from sensors other than acceleration sensors.
  • the system can include at least one additional sensor connected to the evaluation unit, preferably for monitoring a wheelset bearing temperature, a center of gravity of a load, driving stability or unintentional braking, the evaluation unit being designed to only react after a positive evaluation of the messages from the derailment detection system and the to send at least one further sensor information to the central device.
  • the device comprises a generator for ongoing energy supply while the car is in motion and preferably a battery fed by the generator for energy supply while the car is stationary.
  • the generator has the particular advantage that the energy supply does not only have to take place on the basis of a battery that is manually charged or replaced would have to.
  • the use of piezoelectric crystals can also be dispensed with.
  • the said generator is also designed to supply the further derailment detection system with energy, so that no separate generator has to be provided for the further derailment detection system.
  • the invention provides for the communication between the evaluation unit and the central device to be carried out in encrypted form. Because of the high level of communication security that can be achieved, a challenge-response method is preferably used to authenticate the evaluation units of the car and the central device itself, as is the case, for example, in FIG AT 519 966 is described.
  • the train number is sent in advance to a data server of a railway transport company (EVU) and this replies with a corresponding wagon list, which forms the basis for establishing communication and authentication of the wagons with the key server.
  • EEU railway transport company
  • the entire communication between the central device and the car is encrypted according to the car list and processed via a local radio network (e.g. LoRa radio system, Long Range).
  • the wagons in the train set or their evaluation units report their readiness as well as their identification and position in encrypted form and the system checks the wagon sequence based on the track-precise position data. Other wagons within radio range do not report back because they are not in the train set as planned.
  • the transceiver is designed to receive information from an evaluation unit of another car and to send it to the central device.
  • the transceiver can therefore be used as a relay in the train set to forward messages from the rear car to the central unit. It is particularly preferred here if each of the cars has a transceiver designed in such a way that each transceiver forms a link in a chain for the radio link from the transceiver of the last car to the central device.
  • Figure 1 shows a car 1, which together with other cars 2, 3 and a locomotive 4 ( Figure 3 ) forms a train set 5.
  • the car 1 is equipped with a device 6 for detecting a wheel set derailment.
  • the other cars 2, 3 of the train set 5 can also be equipped with a similar device 6 or a different device for detecting a wheel set derailment according to the prior art.
  • the carriage 1 comprises a vehicle body 7 and at least two bogies 8.
  • the bogies 8 in turn each have a bogie frame 9 and two wheel sets 10a, each with two wheels 10b, for example.
  • the carriage 1 can also have more than two or differently constructed bogies 8.
  • Figure 2 shows a carriage 1 which has two individual wheel sets 10a without a bogie 8.
  • the same embodiments and advantages as disclosed in the following for the embodiment of a car 1 with bogies 8 can also be used for cars 1 with individual wheel sets 10a without bogies 8.
  • the device 6 comprises at least two vertical acceleration sensors 11, a derailment detection system 12, an evaluation unit 13 and a transceiver 14.
  • the vertical acceleration sensors 11 are arranged on the vehicle body 7 of the car 1 that one on the vehicle body 7 essentially above one of the bogies 8 and another on the Vehicle body 7 is mounted essentially above another of the bogies 8. If there are more than two bogies 8, a separate vertical acceleration sensor 11 can be provided for each bogie 8 or none for at least one of the bogies 8, although at least two vertical acceleration sensors 11 are provided overall. As in Fig. 1 for the right one As shown in the vertical acceleration sensor 11, it does not have to be arranged centrally above the bogie 8. If the wagon 1 has single wheel sets 10a instead of bogies 8, the vertical acceleration sensors 11 are mounted essentially above the single wheel sets 10a.
  • the vertical acceleration sensors 11 can be designed as known in the prior art, for example as piezoelectric sensors, MEMS sensors (Micro-Electro-Mechanical System) or induction sensors.
  • the vertical acceleration sensors 11 are connected to the derailment detection system 12, for example by means of a cable, which is preferably also attached to the car body 7.
  • the derailment detection system 12 evaluates the non-integrated acceleration measurement values supplied by the vertical acceleration sensors without further integration to determine whether a wheelset derailment is present, and sends a trigger signal to the evaluation unit 13 if this is the case. Due to the fact that a vertical acceleration sensor 11 is arranged at least above two bogies 8, the derailment detection system 12 can determine with increased accuracy whether and where a wheelset derailment is present.
  • the derailment detection system 12 can detect a wheelset derailment in the presence of one or more conditions. In a first embodiment, if the acceleration measurement values obtained from the vertical acceleration sensors 11 are exceeded above an acceleration limit value, the wheelset derailment is detected. This offers the simplest possibility for detecting the wheelset derailment, because there only has to be a single limit value in the derailment detection system 12, which can be imported into the derailment detection system 12 via an interface, for example. This can take place, for example, via a dedicated hardware interface of the derailment detection system 12 or via the transceiver 14.
  • the limit value comparison can be carried out separately for each of the vertical acceleration sensors 11 and a wheel set derailment can be detected if the acceleration limit value is exceeded by an acceleration measurement value of one of the vertical acceleration sensors 11.
  • a mean value of the measured acceleration values must exceed the acceleration limit value so that a wheelset derailment is detected.
  • derailment detection system 12 uses the acceleration measured values obtained from vertical acceleration sensors 11 to determine an effective value (RMS value, "root mean square") over a sliding time window in order to detect the wheelset derailment if the effective value is exceeded above an effective acceleration limit value.
  • RMS value "root mean square”
  • the length of the time window can be predetermined and changed if necessary.
  • the derailment detection system 12 can carry out the limit value comparison for each of the vertical acceleration sensors 11 separately or carry out a mixed calculation.
  • the mentioned first and second embodiments can also be carried out simultaneously, with the derailment detection system 12, for example, reporting a wheelset derailment to the evaluation unit 13 when one of the limit value comparisons or also when both limit value comparisons indicate a wheelset derailment.
  • a mixed form of the first and second embodiment can also be carried out.
  • the derailment detection system 12 can start determining an effective value over a sliding time window if the acceleration measured values received from the vertical acceleration sensors 11 are exceeded above an acceleration limit value and recognize the wheelset derailment if the effective value is exceeded over an effective acceleration limit value. The calculation of the rms value is therefore only started when a single acceleration limit value has been exceeded.
  • the derailment detection system 12 can recognize the wheelset derailment on the basis of the vibration behavior of the wagon and the resulting acceleration values.
  • the vibration behavior of the vehicle can be analyzed based on the standard EN 14363, but the limit values of the maximum vertical acceleration or the effective value for the derailment detection system 12 are preferably set higher than is required in the standard for vehicle approval.
  • the evaluation unit 13 decides whether, on the basis of the trigger signal received from the derailment detection system 12, information, e.g. a predetermined status value in the event of a wheelset derailment, is sent to a central device 15a located in the traction vehicle 4 ( Figure 3 ) is to be sent, for example by means of a transceiver 15b.
  • the central device 15a is designed in such a way that it informs a train driver about the wheel set derailment Can bring display, for example by means of a warning display.
  • the device 6 or the central device 15a thus does not intervene independently in the driving operation, but supports a train driver by outputting information and is therefore not safety-relevant and can therefore be implemented cost-effectively.
  • the central device 15a can also be taken from the traction vehicle 4, for example for brake tests, and used outside the traction vehicle 4, since it does not have to be connected to the devices 6 by means of cables for operation, but is wirelessly connected to them.
  • the evaluation unit 13 can act as a pass-through interface between the transceiver 14 and derailment detection system 12 without additional decision-making authority, since it will usually report a wheelset derailment reported by the derailment detection system 12 to the central device 15a.
  • the car 1 has such an evaluation unit 13 to which only one derailment detection system 12 is connected.
  • the wagon 16 shown additionally has a further derailment detection system 17 which is designed to detect a wheelset derailment by means of at least one further sensor 18 and to report the detected wheelset derailment to the evaluation unit 13.
  • the further sensors 18 can, for example, each be attached in the vicinity of a bogie 8 on which one of the vertical acceleration sensors 11 is already present, in order to generate a redundant system.
  • the further derailment detection system 17 can be designed like that described above with two or more vertical acceleration sensors 11 or according to the prior art.
  • the further derailment detection system 17 can also be based on a different principle, for example on the determination of the wheel contact force (PJM patent application EO 2018/176072 A1 ), which does not use acceleration sensors.
  • the evaluation unit 13 makes a decision as to whether or not information should be sent to the central device 15a.
  • the evaluation can, for example, be dependent on a weighting or number of the different derailment detection systems 12, 17. For example, the evaluation could deliver a negative result if only one of several derailment detection systems 12, 17 reports a wheelset derailment.
  • further sensors 19 can be connected to the evaluation unit 14.
  • the further sensors 19 can be used, for example, to monitor a wheel set bearing temperature, a center of gravity of a load, driving stability or unintentional braking.
  • the measurement data are consequently included by the evaluation unit 13 in the evaluation as to whether corresponding information should be sent to the central device 15a. If, for example, the derailment detection system 12 reports a wheelset derailment, but all other sensors deliver measured values that are within the respective limit values, the evaluation unit 13 could conclude that there is an error message from the derailment detection system 13 and send no information to the central device 15a.
  • the transceiver 14 is designed for radio communication with the central device 15a, i.e. the transceiver has appropriate components to send information wirelessly to the central device 15a, for example by means of WLAN, DSRC, GSM, LoRa or another standard.
  • a so-called challenge-response method can be provided to authenticate the evaluation unit 13 and the central device 15a, as will be explained in detail below.
  • Each railway transport company has its own data server and uniquely assigned central devices 15a. If a railway transport company receives the order to bring certain freight wagons from one place to another, this is organized using train numbers and wagon lists assigned to the train numbers, with the wagons 1, 2, 3 of the train and their order in the wagon lists is.
  • a key server independently carries out a so-called challenge-response authentication of the cars 1, 2, 3 and the central device 15a with the central device 15a.
  • the central device 15a sends the train number of the train assigned to it to the data server of the railway transport company and this returns the wagon list with the wagon numbers of the train and their sequence in the train set.
  • This car list is transferred from the central device 15a to the key server, which replies with challenge information.
  • the central device 15a now calls the evaluation units of the cars 1, 2, 3 from the car list via the local radio network.
  • the cars 1, 2, 3 addressed by the central device 15a, ie theirs Evaluation units 13 respond with a response message which contains the signed challenge (response).
  • responses from the cars are signed by the central device 15a and transmitted to the key server for verification.
  • the key server checks the received information for its validity and sends a key packet containing the radio keys of the correctly authenticated car, whereby the further securely encrypted communication in the local radio network between the central device 15a and the evaluation units of the car 1, 2, 3 can be handled.
  • the car list and the associated key package can also be downloaded to the central device 15a in advance. In this case, the challenge-response authentication is not fulfilled, but sufficiently secure communication is still achieved in the local radio network.
  • the transceiver 14 of the car 1 can also perform the function of a relay by receiving messages from a transceiver 14 of another car 2, 3, which does not necessarily include reading or decrypting the message, and forwards the message to the central device 15a, optionally by means of a further transceiver 14 acting as a relay.
  • Each car 1, 2, 3 of the train set preferably has such a transceiver 14.
  • the device 6 comprises a generator 20 for continuous energy supply while the car 1 is in motion.
  • the generator 20 is, for example, a wheel hub generator and in one of the wheelsets 10 installed.
  • the device can comprise a battery 21, that is to say accumulator or storage battery, for storing energy while the car is stationary.
  • the generator 20 can also supply the mentioned further derailment detection system 17 with energy.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System umfassend einen Wagen (1) für einen Zugverband (5) und eine Vorrichtung (6) zur Erkennung einer Radsatzentgleisung, wobei die Vorrichtung (6) einen Sendeempfänger (14) zur Funkkommunikation mit einem Zentralgerät (15a) des Zugverbandes (5) umfasst, mittels welchem die Radsatzentgleisung einem Lokführer informativ zur Anzeige gebracht werden kann, wobei die Vorrichtung (6) zumindest zwei Vertikalbeschleunigungssensoren (11) umfasst, von denen einer am Fahrzeugkasten (7) im Wesentlichen über einem der Drehgestelle (8) oder einem der Einzelradsätze (10a) angebracht und ein anderer am Fahrzeugkasten (7) im Wesentlichen über einem anderen der Drehgestelle (8) oder einem anderen der Einzelradsätze (10a) angebracht ist, wobei die Vertikalbeschleunigungssensoren (11) dazu ausgebildet sind, Beschleunigungsmesswerte zu messen und wobei anhand der Beschleunigungsmesswerte eine Entgleisung der Radsatzentgleisung erkannt an eine Auswerteeinheit (13) gemeldet wird, die dazu ausgebildet ist, eine Information über die Radsatzentgleisung mittels des Sendeempfängers (14) an das Zentralgerät (15a) zu senden.The invention relates to a system comprising a carriage (1) for a train formation (5) and a device (6) for detecting a wheel set derailment, the device (6) having a transceiver (14) for radio communication with a central device (15a) of the train formation ( 5), by means of which the wheel set derailment can be brought to an informative display to a train driver, the device (6) comprising at least two vertical acceleration sensors (11), one of which on the vehicle body (7) essentially above one of the bogies (8) or one of the individual wheel sets (10a) and another one is attached to the vehicle body (7) essentially above another of the bogies (8) or another of the individual wheel sets (10a), the vertical acceleration sensors (11) being designed to measure acceleration values and where a derailment of the wheelset derailment is detected on the basis of the acceleration measured values and reported to an evaluation unit (13), which is designed to send information about the wheel set derailment by means of the transceiver (14) to the central device (15a).

Description

Die Erfindung betrifft ein System umfassend einen Wagen für einen Zugverband und eine Vorrichtung zur Erkennung einer Radsatzentgleisung, wobei der Wagen einen Fahrzeugkasten und zumindest zwei Drehgestelle bzw. zumindest zwei Einzelradsätze aufweist und die Vorrichtung einen Sendeempfänger zur Funkkommunikation mit einem Zentralgerät des Zugverbandes umfasst, mittels welcher die Radsatzentgleisung einem Lokführer zur Anzeige gebracht werden kann.The invention relates to a system comprising a car for a train set and a device for detecting a wheel set derailment, the car having a vehicle body and at least two bogies or at least two single wheel sets and the device comprising a transceiver for radio communication with a central device of the train set, by means of which the wheelset derailment can be reported to a train driver.

Zugverbände umfassen in der Regel ein Triebfahrzeug und mehrere Wagen, die an das Triebfahrzeug gekuppelt sind. Durch die Länge und Anzahl der einzelnen Wagen ist der Zugverband üblicherweise so lang, dass ein im Triebfahrzeug befindlicher Lokführer ein Entgleisen eines Wagens während der Fahrt nicht unmittelbar bemerkt. Wenn jedoch ein Wagen unbemerkt entgleist und die Fahrt über eine lange Strecke fortgesetzt wird, kommt es nicht nur zu Schäden am entgleisten Wagen, sondern insbesondere auch zur Beschädigung der Gleise. Dadurch können nicht nur enorme Reparaturkosten anfallen, sondern es kann auch zu langen Stillstandszeiten des Zugverkehrs während der Reparatur kommen. Es kann weiters im Begegnungsverkehr mit Personenzügen bzw. am Bahnsteig zu Personenschaden kommen.Train formations usually comprise a locomotive and several cars that are coupled to the locomotive. Due to the length and number of the individual wagons, the train formation is usually so long that a train driver in the locomotive does not immediately notice a wagon derailing while it is in motion. However, if a wagon derails unnoticed and the journey is continued over a long distance, this not only results in damage to the derailed wagon, but also in particular to damage the tracks. This can not only result in enormous repair costs, but it can also lead to long downtimes of the train service during the repair. Personal injuries can also occur in oncoming traffic with passenger trains or on the platform.

Aus dem Stand der Technik ist daher bekannt, in jedem Wagen ein eigenes Entgleisungserkennungssystem vorzusehen. Jedes der Entgleisungserkennungssysteme kann autonom eine Entgleisung von Rädern des jeweiligen Wagens erkennen und dies über eine Funkverbindung an ein im Triebfahrzeug befindliches Zentralgerät melden, um dies dem Lokführer am Führerstand zu melden. Der Lokführer kann daraufhin bei Entgleisungswarnung die dafür vorgesehenen betrieblichen Vorgaben einhalten. Die Entgleisungserkennungssysteme, die für diese Aufgabe gemäß dem Stand der Technik eingesetzt werden, sind jedoch entweder zu ungenau (mechanische Systeme wie z.B. von Knorr-Bremse) oder zu fehleranfällig, da sie an beweglichen Teilen des Wagens - also im Drehgestell bzw. direkt am Radsatzlagergehäuse - angebracht werden müssen und dort hohen Beanspruchungen bzw. Beschleunigungen ausgesetzt sind.It is therefore known from the prior art to provide a separate derailment detection system in each car. Each of the derailment detection systems can autonomously detect a derailment of wheels of the respective wagon and report this via radio link to a central device located in the locomotive in order to report this to the driver at the driver's cab. In the event of a derailment warning, the train driver can then comply with the operational guidelines provided. The derailment detection systems that are used for this task according to the state of the art are either too imprecise (mechanical systems such as those from Knorr-Bremse) or too error-prone, as they are located on moving parts of the wagon - i.e. in the bogie or directly on the axle box - have to be attached and are exposed to high stresses and accelerations.

Die DE 199 53 677 Cl zeigt beispielsweise ein Entgleisungserkennungssystem, bei dem auf einem Drehgestell zwei oder sogar vier Beschleunigungssensoren, d.h. einer pro Radsatz bzw. einer pro Radsatzlagergehäuse, angebracht sind. Das von den Beschleunigungssensoren gelieferte Signal wird danach zweifach über die Zeit integriert, sodass ein Weg ermittelt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass dieses Entgleisungserkennungssystem zu fehleranfällig ist, da die Sensoren an beweglichen Teilen des Wagens angebracht werden müssen, die mit der Fahrspur in Kontakt stehen, und die Auswertung der Signale zudem zu aufwändig ist. Zudem sind für dieses Verfahren doppelt oder viermal so viele Beschleunigungssensoren erforderlich.The DE 199 53 677 Cl shows, for example, a derailment detection system in which two or even four acceleration sensors on a bogie, ie one per wheel set or one per wheelset bearing housing. The signal supplied by the acceleration sensors is then integrated twice over time so that a path is determined. However, it has been shown that this derailment detection system is too error-prone, since the sensors have to be attached to moving parts of the car that are in contact with the lane, and the evaluation of the signals is also too complex. In addition, twice or four times as many acceleration sensors are required for this method.

Gemäß der WO 2004/101343 A1 wird ein Beschleunigungssensor am Radsatzlagergehäuse montiert und die Vertikalbeschleunigung des Rades integriert, sodass ein Geschwindigkeitswert berechnet wird. Der Geschwindigkeitsverlauf in einem Zeitfenster wird in der Folge mit einem Grenzwert verglichen, um eine Radsatzentgleisung zu erkennen.According to the WO 2004/101343 A1 an acceleration sensor is mounted on the wheelset bearing housing and the vertical acceleration of the wheel is integrated so that a speed value is calculated. The speed curve in a time window is then compared with a limit value in order to detect a wheelset derailment.

Die US 3,994,459 offenbart ein Entgleisungserkennungssystem, bei dem ein Beschleunigungssensor ohne besondere Vorkehrungen mittig am Wagen positioniert ist. Hierbei wird vorgesehen, dass der Sensor seine Messdaten direkt an das Zentralgerät sendet, sodass dort die Auswertung über eine mögliche Radsatzentgleisung stattfindet. Hinzukommend ist die Energiezufuhr der Übertragungseinheiten des jeweiligen Wagens nicht zufriedenstellend, da hier Batterien oder piezoelektrische Kristalle vorgesehen werden.The U.S. 3,994,459 discloses a derailment detection system in which an acceleration sensor is positioned in the center of the car without any special precautions. Here it is provided that the sensor sends its measurement data directly to the central device, so that the evaluation of a possible wheel set derailment takes place there. In addition, the energy supply of the transmission units of the respective car is not satisfactory, since batteries or piezoelectric crystals are provided here.

Die JP 2000 006807 A offenbart einen Zugverband mit einer Vielzahl fix miteinander gekoppelter Wagen. Ziel dieses Systems ist es, eine Abnormität, beispielsweise eine Radsatzentgleisung, der Wagen festzustellen. Zu diesem Zweck werden auf jedem der Wagen zwei Beschleunigungssensoren vorgesehen, und alle Beschleunigungssensoren des gesamten Zugverbandes werden mit einem einzigen, gemeinsamen Entgleisungserkennungssystem mittels Kabeln verbunden. Diese Lösung ist möglich, da der Zugverband für High-Speed-Triebfahrzeuge konzipiert ist und bei Zugverbänden dieser Art die Wagen fix gekoppelt sind, sodass auch das Verlegen von Kabeln zu dem gemeinsamen Entgleisungserkennungssystem ohne weiteres möglich ist. Beispiele für derartige Anwendungen sind Shinkansen, TGV und ICE. Gemäß diesem Dokument wird eine Radsatzentgleisung erkannt, indem alle gemessenen Beschleunigungsmesswerte unter Berücksichtigung eines Zeitversatzes im gemeinsamen Entgleisungserkennungssystem miteinander verglichen werden, was zu einer besonders aufwändigen Auswertestrategie führt.The JP 2000 006807 A discloses a train set with a plurality of fixedly coupled carriages. The aim of this system is to determine an abnormality, for example a wheel set derailment, of the car. For this purpose, two acceleration sensors are provided on each of the wagons, and all acceleration sensors of the entire train formation are connected to a single, common derailment detection system by means of cables. This solution is possible because the train formation is designed for high-speed locomotives and in train formations of this type the cars are permanently coupled so that cables can also be laid to the common derailment detection system without any problems. Examples of such applications are Shinkansen, TGV and ICE. According to this document, a wheelset derailment is recognized in that all measured acceleration values are compared with one another, taking into account a time offset, in the common derailment recognition system, which leads to a particularly complex evaluation strategy.

Die EP 2 436 574 A1 zeigt ein System zur Erkennung einer Störung, bevor eine Radsatzentgleisung auftritt. Die Radsatzentgleisung an sich soll nicht erkannt werden. Hierfür wird ein Beschleunigungssensor am Fahrzeugkasten über einem Drehgestell angeordnet. Bei dem System dieses Dokument kommt ein komplexes Rechenverfahren zum Einsatz, bei welchem Amplituden aus den Messwerten errechnet werden, woraufhin die Amplituden einem Schwellwertvergleich unterzogen werden.The EP 2 436 574 A1 shows a system for detecting a malfunction before a wheelset derailment occurs. The wheelset derailment itself should not be recognized. For this purpose, an acceleration sensor is arranged on the vehicle body above a bogie. At The system of this document uses a complex computation method in which amplitudes are calculated from the measured values, whereupon the amplitudes are subjected to a threshold value comparison.

Die WO 2019/065434 A1 zeigt eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung für ein Schienenfahrzeug mit einer Schwingungssteuervorrichtung. Zur Schwingungsdämpfung werden Beschleunigungssensoren eingesetzt und die Schwingungssteuervorrichtung steuert die Schwingungsdämpfungsvorrichtung unmittelbar an, sodass von der Vorrichtung kein Warnsignal ausgegeben wird.The WO 2019/065434 A1 Fig. 4 shows a vibration damping device for a rail vehicle with a vibration control device. Acceleration sensors are used for vibration damping and the vibration control device controls the vibration damping device directly, so that the device does not output a warning signal.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erkennung einer Radsatzentgleisung für auswechselbare Wagen zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet und insbesondere eine zuverlässige Erkennung von Radsatzentgleisungen bei geringer Fehleranfälligkeit ermöglicht.It is the object of the invention to create a device for detecting a wheelset derailment for exchangeable cars, which overcomes the disadvantages of the prior art and in particular enables a reliable detection of wheelset derailments with a low susceptibility to errors.

Diese Aufgabe wird durch ein System umfassend einen Wagen für einen Zugverband und eine Vorrichtung zur Erkennung einer Radsatzentgleisung gelöst, wobei der Wagen einen Fahrzeugkasten und zumindest zwei Drehgestelle bzw. zwei Einzelradsätze aufweist und die Vorrichtung einen Sendeempfänger zur Funkkommunikation mit einem Zentralgerät des Zugverbandes umfasst, mittels welcher die Radsatzentgleisung einem Lokführer informativ zur Anzeige gebracht werden kann, wobei die Vorrichtung je Wagen zumindest zwei Vertikalbeschleunigungssensoren umfasst, von denen einer am Fahrzeugkasten über einem der Drehgestelle bzw. einem der Einzelradsätze angebracht und ein anderer am Fahrzeugkasten über einem anderen der Drehgestelle bzw. einem anderen der Einzelradsätze angebracht ist, wobei die Vertikalbeschleunigungssensoren dazu ausgebildet sind, durch ein Schwingungsverhalten des Wagens entstehende Beschleunigungsmesswerte zu messen und an ein Entgleisungserkennungssystem zu senden, welches dazu ausgebildet ist, anhand der Beschleunigungsmesswerte eine Entgleisung des Radsatzes zu erkennen und die erkannte Radsatzentgleisung an eine Auswerteeinheit zu melden, die dazu ausgebildet ist, eine Information über die Radsatzentgleisung mittels des Sendeempfängers an das Zentralgerät zu senden.This object is achieved by a system comprising a wagon for a train formation and a device for detecting a wheel set derailment, the car having a vehicle body and at least two bogies or two single wheel sets and the device comprising a transceiver for radio communication with a central device of the train formation by means of which the wheelset derailment can be displayed informatively to a train driver, the device comprising at least two vertical acceleration sensors per car, one of which is attached to the vehicle body above one of the bogies or one of the individual wheel sets and another on the vehicle body above another of the bogies or one other of the individual wheel sets is attached, the vertical acceleration sensors being designed to measure acceleration measured values resulting from the vibration behavior of the car and to send them to a derailment detection system, which is used for this purpose is designed to recognize a derailment of the wheelset based on the acceleration measured values and to report the detected wheelset derailment to an evaluation unit, which is designed to send information about the wheelset derailment to the central unit by means of the transceiver.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auf aufwändige Auswertungen mittels Integration beziehungsweise zweifacher Integration verzichtet werden kann, indem zumindest zwei Vertikalbeschleunigungssensoren vorgesehen werden, die jeweils am Fahrzeugkasten über unterschiedlichen Drehgestellen bzw. unterschiedlichen Einzelradsätzen vorgesehen werden.The invention is based on the knowledge that complex evaluations by means of integration or double integration can be dispensed with in that at least two vertical acceleration sensors are provided, each of which is provided on the vehicle body via different bogies or different individual wheel sets.

Weiters kann durch die erfindungsgemäße Lösung mit zwei Vertikalbeschleunigungssensoren am Fahrzeugkasten über verschiedenen Drehgestellen bzw. Einzelradsätzen darauf verzichtet werden, dass die Vertikalbeschleunigungssensoren an beweglichen Elementen wie dem Drehgestell, Drehgestellrahmen, Radsatzlagergehäuse oder den Rädern angebracht werden müssen. Die Verkabelung der Sensoren mit dem Entgleisungserkennungssystem kann dadurch entsprechend einfacher ausgeführt werden. Zudem werden deutlich weniger Sensoren benötigt und diese sind geringeren Beanspruchungen bzw. Beschleunigungen ausgesetzt, wodurch kostengünstigere Bauarten einsetzbar sind.Furthermore, the solution according to the invention with two vertical acceleration sensors on the vehicle body above different bogies or individual wheel sets eliminates the need for the vertical acceleration sensors to be attached to moving elements such as the bogie, bogie frame, wheel set bearing housing or the wheels. The cabling of the sensors with the derailment detection system can thus be carried out more easily. In addition, significantly fewer sensors are required and these are exposed to lower stresses and accelerations, which means that more cost-effective designs can be used.

Gegenüber dem System der JP 2000 006807 A ergeben sich insbesondere die Vorteile, dass eine Radsatzentgleisung auch für ständig wechselnde Güterwagen ermöglicht wird. Erfindungsgemäß kann für jeden Wagen eine eigene Vorrichtung zur Erkennung einer Radsatzentgleisung, inklusive des Entgleisungserkennungssystems, eingesetzt werden, wobei die Vorrichtungen unabhängig von den Messergebnissen auf anderen Wagen drahtlos mit dem Zentralgerät kommunizieren. Die Wagen können somit beliebig ausgetauscht werden, wobei keine aufwändige Neuverkabelung des Zugverbandes durchgeführt werden muss. Erfindungsgemäß kann zudem in jeder Vorrichtung ein eigener Schwellwert hinterlegt werden, welcher unabhängig von Schwellwerten anderer Wagen, der Strecke und der Geschwindigkeit sein kann.Compared to the system of JP 2000 006807 A there are in particular the advantages that a wheel set derailment is also made possible for constantly changing freight wagons. According to the invention, a separate device for detecting a wheel set derailment, including the derailment detection system, can be used for each car, the devices communicating wirelessly with the central device independently of the measurement results on other cars. The wagons can thus be exchanged as required, without the need for complex rewiring of the train set. According to the invention, a separate threshold value can also be stored in each device, which threshold value can be independent of threshold values of other cars, the route and the speed.

Bevorzugt ist das Entgleisungserkennungssystem dazu ausgebildet, bei einer Überschreitung der von den Vertikalbeschleunigungssensoren erhaltenen Beschleunigungsmesswerte über einen Beschleunigungsgrenzwert die Radsatzentgleisung zu erkennen. Dadurch kann das Entgleisungserkennungssystem in besonders einfacher Weise die Auswertung der gemessenen Beschleunigungswerte vornehmen.The derailment detection system is preferably designed to detect the wheelset derailment if the acceleration measured values obtained from the vertical acceleration sensors exceed an acceleration limit value. This enables the derailment detection system to evaluate the measured acceleration values in a particularly simple manner.

Alternativ oder zusätzlich ist das Entgleisungserkennungssystem dazu ausgebildet, aus den von den Vertikalbeschleunigungssensoren erhaltenen Beschleunigungsmesswerten einen Effektivwert über ein gleitendes Zeitfenster zu ermitteln und bei einer Überschreitung des Effektivwerts über einen Effektivbeschleunigungsgrenzwert die Radsatzentgleisung zu erkennen. Durch diese Auswertung kann eine genaue Erkennung von Radsatzentgleisungen durchgeführt werden, wobei weiterhin auf Integration beziehungsweise doppelte Integration der Beschleunigungsmesswerte verzichtet werden kann.Alternatively or additionally, the derailment detection system is designed to determine an effective value over a sliding time window from the measured acceleration values obtained from the vertical acceleration sensors and to detect the wheelset derailment if the effective value is exceeded over an effective acceleration limit value. With this evaluation, a precise detection of wheel set derailments can be carried out, whereby integration or double integration of the acceleration measured values can still be dispensed with.

Die beiden vorgenannten Ausführungsformen können kombiniert werden, um die Vorteile der Berechnung des Effektivwerts einzusetzen, wobei dies jedoch nicht ständig durchgeführt werden muss. Hierbei ist das Entgleisungserkennungssystem dazu ausgebildet, bei einer Überschreitung der von den Vertikalbeschleunigungssensoren erhaltenen Beschleunigungsmesswerte über einen Beschleunigungsgrenzwert mit der Ermittlung eines Effektivwerts über ein gleitendes Zeitfenster zu beginnen und bei einer Überschreitung des Effektivwerts über einen Effektivbeschleunigungsgrenzwert die Radsatzentgleisung zu erkennen.The two aforementioned embodiments can be combined in order to use the advantages of calculating the effective value, but this does not have to be carried out continuously. In this case, the derailment detection system is designed to start determining an effective value over a sliding time window if the measured acceleration values obtained from the vertical acceleration sensors exceed an acceleration limit value and to detect the wheelset derailment if the effective value is exceeded over an effective acceleration limit value.

Vorteilhaft ist, wenn das System zumindest ein weiteres Entgleisungserkennungssystem umfasst, welches dazu ausgebildet ist, eine Radsatzentgleisung mittels zumindest eines weiteren Sensors zu erkennen und die erkannte Radsatzentgleisung an die Auswerteeinheit zu melden, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, nur nach einer positiven Auswertung der Meldungen des Entgleisungserkennungssystems und des zumindest einen weiteren Entgleisungserkennungssystems eine Information an das Zentralgerät zu senden. Die Zuverlässigkeit der Erkennung einer Entgleisung erhöht sich somit. Das weitere Entgleisungserkennungssystem kann dabei wie im Stand der Technik ausgebildet sein oder auch wie das erfindungsgemäße Entgleisungserkennungssystem. Durch die Verdoppelung bzw. Vervielfältigung der Entgleisungserkennungssysteme kann eine Redundanz eingeführt werden, um beispielsweise weiterhin Radsatzentgleisungen detektieren zu können, wenn einer oder mehrere der Sensoren funktionsuntüchtig sind.It is advantageous if the system includes at least one further derailment detection system, which is designed to detect a wheelset derailment by means of at least one additional sensor and to report the detected wheelset derailment to the evaluation unit, the evaluation unit being designed to only evaluate the messages positively of the derailment detection system and the at least one further derailment detection system to send information to the central device. The reliability of the detection of a derailment thus increases. The further derailment detection system can be designed as in the prior art or also like the derailment detection system according to the invention. By duplicating or duplicating the derailment detection systems, redundancy can be introduced in order, for example, to be able to continue to detect wheel set derailments if one or more of the sensors are inoperable.

Bei der Bestimmung, ob und welche informative Warnung an das Zentralgerät gesendet werden soll, kann die Auswerteeinheit zudem Messwerte von anderen Sensoren als Beschleunigungssensoren berücksichtigen. Dazu kann das System zumindest einen weiteren an die Auswerteeinheit angeschlossenen Sensor umfassen, bevorzugt zur Überwachung einer Radsatzlagertemperatur, einer Schwerpunktslage eines Ladeguts, einer Fahrstabilität oder eines unbeabsichtigten Bremsens, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, nur nach einer positiven Auswertung der Meldungen des Entgleisungserkennungssystems und des zumindest einen weiteren Sensors eine Information an das Zentralgerät zu senden.When determining whether and which informative warning should be sent to the central device, the evaluation unit can also take into account measured values from sensors other than acceleration sensors. For this purpose, the system can include at least one additional sensor connected to the evaluation unit, preferably for monitoring a wheelset bearing temperature, a center of gravity of a load, driving stability or unintentional braking, the evaluation unit being designed to only react after a positive evaluation of the messages from the derailment detection system and the to send at least one further sensor information to the central device.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Generator zur laufenden Energieversorgung während der Fahrt des Wagens und bevorzugt eine vom Generator gespeiste Batterie zur Energieversorgung während eines Stillstands des Wagens. Der Generator hat insbesondere den Vorteil, dass die Energieversorgung nicht nur auf der Basis einer Batterie stattfinden muss, die manuell aufgeladen oder ausgetauscht werden müsste. Zudem kann auch auf den Einsatz von piezoelektrischen Kristallen verzichtet werden.In a preferred embodiment, the device comprises a generator for ongoing energy supply while the car is in motion and preferably a battery fed by the generator for energy supply while the car is stationary. The generator has the particular advantage that the energy supply does not only have to take place on the basis of a battery that is manually charged or replaced would have to. In addition, the use of piezoelectric crystals can also be dispensed with.

In dieser Ausführungsform ist es auch vorteilhaft, wenn der genannte Generator auch dazu ausgebildet ist, das weitere Entgleisungserkennungssystem mit Energie zu versorgen, wodurch kein eigener Generator für das weitere Entgleisungserkennungssystem bereitgestellt werden muss.In this embodiment it is also advantageous if the said generator is also designed to supply the further derailment detection system with energy, so that no separate generator has to be provided for the further derailment detection system.

Um zu verhindern, dass sich unauthorisierte Personen/Geräte in den Betrieb des Zugverbandes einschalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Kommunikation zwischen der Auswerteeinheit und dem Zentralgerät verschlüsselt durchzuführen. Dabei wird aufgrund der hohen erzielbaren Kommunikationssicherheit bevorzugt ein Challenge-Response-Verfahren zur Authentifizierung der Auswerteeinheiten der Wagen und des Zentralgeräts selbst angewendet, wie es beispielsweise in der AT 519 966 beschrieben ist.In order to prevent unauthorized persons / devices from engaging in the operation of the train set, the invention provides for the communication between the evaluation unit and the central device to be carried out in encrypted form. Because of the high level of communication security that can be achieved, a challenge-response method is preferably used to authenticate the evaluation units of the car and the central device itself, as is the case, for example, in FIG AT 519 966 is described.

Dazu wird vorweg die Zugnummer an einen Datenserver eines Eisenbahn-Verkehrs-Unternehmens (EVU) geschickt und dieser antwortet mit einer entsprechenden Wagenliste, welche die Grundlage für den Aufbau der Kommunikation und der Authentifizierung der Wagen mit dem Schlüsselserver bildet. Wenn die Challenge-Response-Authentifizierung erfolgt ist, wird die gesamte Kommunikation zwischen dem Zentralgerät und den Wagen laut Wagenliste verschlüsselt über ein lokales Funknetz (z.B. LoRa Funksystem, Long Range) abgewickelt. Die Wagen im Zugverband bzw. deren Auswerteeinheiten melden hierzu ihre Bereitschaft, sowie Identifikation und Position verschlüsselt zurück und das System überprüft die Wagenreihung aufgrund der gleisgenauen Positionsdaten. Weitere Wagen in Funkreichweite melden sich nicht zurück, da sie planmäßig nicht im Zugverband sind.For this purpose, the train number is sent in advance to a data server of a railway transport company (EVU) and this replies with a corresponding wagon list, which forms the basis for establishing communication and authentication of the wagons with the key server. Once the challenge-response authentication has taken place, the entire communication between the central device and the car is encrypted according to the car list and processed via a local radio network (e.g. LoRa radio system, Long Range). The wagons in the train set or their evaluation units report their readiness as well as their identification and position in encrypted form and the system checks the wagon sequence based on the track-precise position data. Other wagons within radio range do not report back because they are not in the train set as planned.

Vorteilhaft ist ferner, wenn der Sendeempfänger dazu ausgebildet ist, eine Information einer Auswerteeinheit eines weiteren Wagens zu empfangen und an das Zentralgerät zu senden. Der Sendeempfänger kann somit als Relais im Zugverband eingesetzt werden, um Nachrichten von hinteren Wagen an das Zentralgerät weiterzuleiten. Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn jeder der Wagen einen derart ausgebildeten Sendeempfänger aufweist, sodass jeder Sendeempfänger ein Glied einer Kette für die Funkverbindung vom Sendeempfänger des letzten Wagens zum Zentralgerät bildet.It is also advantageous if the transceiver is designed to receive information from an evaluation unit of another car and to send it to the central device. The transceiver can therefore be used as a relay in the train set to forward messages from the rear car to the central unit. It is particularly preferred here if each of the cars has a transceiver designed in such a way that each transceiver forms a link in a chain for the radio link from the transceiver of the last car to the central device.

Vorteilhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

  • Figur 1 zeigt einen Wagen eines Zugverbands mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erkennung einer Radsatzentgleisung in einer schematischen Seitenansicht.
  • Figur 2 zeigt einen Wagen mit zwei Einzelradsätzen für den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Figur 3 zeigt zwei Wagen mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Erkennung einer Radsatzentgleisung in einem Zugverband mit einem Triebfahrzeug in einem Blockschaltbild in verschiedenen Ausführungsformen.
Advantageous and non-limiting embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings.
  • Figure 1 shows a car of a train set with a device according to the invention for detecting a wheel set derailment in a schematic side view.
  • Figure 2 shows a carriage with two single wheel sets for the use of the device according to the invention.
  • Figure 3 shows two cars with devices according to the invention for detecting a wheel set derailment in a train formation with a traction vehicle in a block diagram in different embodiments.

Figur 1 zeigt einen Wagen 1, der zusammen mit weiteren Wagen 2, 3 und einem Triebfahrzeug 4 (Figur 3) einen Zugverband 5 bildet. Der Wagen 1 ist mit einer Vorrichtung 6 zur Erkennung einer Radsatzentgleisung ausgestattet. Weiters können auch die anderen Wagen 2, 3 des Zugverbandes 5 mit einer gleichartigen Vorrichtung 6 oder auch einer anderen Vorrichtung zur Erkennung einer Radsatzentgleisung nach dem Stand der Technik ausgestattet sein. Figure 1 shows a car 1, which together with other cars 2, 3 and a locomotive 4 ( Figure 3 ) forms a train set 5. The car 1 is equipped with a device 6 for detecting a wheel set derailment. Furthermore, the other cars 2, 3 of the train set 5 can also be equipped with a similar device 6 or a different device for detecting a wheel set derailment according to the prior art.

Gemäß Figur 1 umfasst der Wagen 1 einen Fahrzeugkasten 7 und zumindest zwei Drehgestelle 8. Die Drehgestelle 8 weisen ihrerseits beispielsweise jeweils einen Drehgestellrahmen 9 und zwei Radsätze 10a mit jeweils zwei Rädern 10b auf. Je nach Ausführungsform kann der Wagen 1 jedoch auch mehr als zwei bzw. anders konstruierte Drehgestelle 8 aufweisen.According to Figure 1 the carriage 1 comprises a vehicle body 7 and at least two bogies 8. The bogies 8 in turn each have a bogie frame 9 and two wheel sets 10a, each with two wheels 10b, for example. Depending on the embodiment, however, the carriage 1 can also have more than two or differently constructed bogies 8.

Figur 2 zeigt einen Wagen 1, der zwei Einzelradsätze 10a ohne Drehgestell 8 aufweist. Die gleichen Ausführungsformen und Vorteile, wie sie im Folgenden für die Ausführungsform eines Wagens 1 mit Drehgestellen 8 offenbart werden, sind auch für Wagen 1 mit Einzelradsätzen 10a ohne Drehgestelle 8 einsetzbar. Figure 2 shows a carriage 1 which has two individual wheel sets 10a without a bogie 8. The same embodiments and advantages as disclosed in the following for the embodiment of a car 1 with bogies 8 can also be used for cars 1 with individual wheel sets 10a without bogies 8.

Die Vorrichtung 6 umfasst zumindest zwei Vertikalbeschleunigungssensoren 11, ein Entgleisungserkennungssystem 12, eine Auswerteeinheit 13 und einen Sendeempfänger 14. Die Vertikalbeschleunigungssensoren 11 sind derart am Fahrzeugkasten 7 des Wagens 1 angeordnet, dass einer am Fahrzeugkasten 7 im Wesentlichen über einem der Drehgestelle 8 und ein anderer am Fahrzeugkasten 7 im Wesentlichen über einem anderen der Drehgestelle 8 angebracht ist. Wenn mehr als zwei Drehgestelle 8 vorhanden sind, kann für je ein Drehgestell 8 ein eigener Vertikalbeschleunigungssensor 11 vorgesehen werden oder für zumindest eines der Drehgestelle 8 keiner, wobei insgesamt jedoch zumindest zwei Vertikalbeschleunigungssensoren 11 vorgesehen werden. Wie in Fig. 1 für den rechten Vertikalbeschleunigungssensor 11 gezeigt, muss dieser nicht mittig über dem Drehgestell 8 angeordnet sein. Weist der Wagen 1 anstelle von Drehgestellen 8 Einzelradsätze 10a auf, werden die Vertikalbeschleunigungssensoren 11 im Wesentlichen über den Einzelradsätzen 10a angebracht.The device 6 comprises at least two vertical acceleration sensors 11, a derailment detection system 12, an evaluation unit 13 and a transceiver 14. The vertical acceleration sensors 11 are arranged on the vehicle body 7 of the car 1 that one on the vehicle body 7 essentially above one of the bogies 8 and another on the Vehicle body 7 is mounted essentially above another of the bogies 8. If there are more than two bogies 8, a separate vertical acceleration sensor 11 can be provided for each bogie 8 or none for at least one of the bogies 8, although at least two vertical acceleration sensors 11 are provided overall. As in Fig. 1 for the right one As shown in the vertical acceleration sensor 11, it does not have to be arranged centrally above the bogie 8. If the wagon 1 has single wheel sets 10a instead of bogies 8, the vertical acceleration sensors 11 are mounted essentially above the single wheel sets 10a.

Die Vertikalbeschleunigungssensoren 11 können wie im Stand der Technik bekannt ausgebildet werden, beispielsweise als piezoelektrische Sensoren, MEMS-Sensoren (Micro-Electro-Mechanical System) oder Induktionssensoren. Die Vertikalbeschleunigungssensoren 11 sind beispielsweise mittels eines Kabels mit dem Entgleisungserkennungssystem 12 verbunden, welches bevorzugt auch am Wagenkasten 7 angebracht ist.The vertical acceleration sensors 11 can be designed as known in the prior art, for example as piezoelectric sensors, MEMS sensors (Micro-Electro-Mechanical System) or induction sensors. The vertical acceleration sensors 11 are connected to the derailment detection system 12, for example by means of a cable, which is preferably also attached to the car body 7.

Das Entgleisungserkennungssystem 12 wertet die von den Vertikalbeschleunigungssensoren gelieferten nicht-integrierten Beschleunigungsmesswerte ohne weitere Integration dahingehend aus, ob eine Radsatzentgleisung vorliegt, und sendet ein Triggersignal an die Auswerteeinheit 13, wenn dies der Fall ist. Durch den Umstand, dass zumindest über zwei Drehgestellen 8 ein Vertikalbeschleunigungssensor 11 angeordnet ist, kann das Entgleisungserkennungssystem 12 mit erhöhter Genauigkeit feststellen, ob und wo eine Radsatzentgleisung vorliegt.The derailment detection system 12 evaluates the non-integrated acceleration measurement values supplied by the vertical acceleration sensors without further integration to determine whether a wheelset derailment is present, and sends a trigger signal to the evaluation unit 13 if this is the case. Due to the fact that a vertical acceleration sensor 11 is arranged at least above two bogies 8, the derailment detection system 12 can determine with increased accuracy whether and where a wheelset derailment is present.

Das Entgleisungserkennungssystem 12 kann eine Radsatzentgleisung bei dem Vorliegen einer oder mehrerer Bedingungen erkennen. In einer ersten Ausführungsform wird bei einer Überschreitung der von den Vertikalbeschleunigungssensoren 11 erhaltenen Beschleunigungsmesswerte über einen Beschleunigungsgrenzwert die Radsatzentgleisung erkannt. Dies bietet die einfachste Möglichkeit zur Erkennung der Radsatzentgleisung, denn es muss nur ein einziger Grenzwert im Entgleisungserkennungssystem 12 vorliegen, der beispielsweise über eine Schnittstelle in das Entgleisungserkennungssystem 12 eingespielt werden kann. Dies kann beispielsweise über eine dedizierte Hardware-Schnittstelle des Entgleisungserkennungssystems 12 oder über den Sendeempfänger 14 erfolgen.The derailment detection system 12 can detect a wheelset derailment in the presence of one or more conditions. In a first embodiment, if the acceleration measurement values obtained from the vertical acceleration sensors 11 are exceeded above an acceleration limit value, the wheelset derailment is detected. This offers the simplest possibility for detecting the wheelset derailment, because there only has to be a single limit value in the derailment detection system 12, which can be imported into the derailment detection system 12 via an interface, for example. This can take place, for example, via a dedicated hardware interface of the derailment detection system 12 or via the transceiver 14.

In der genannten Ausführungsform kann der Grenzwertvergleich für jeden der Vertikalbeschleunigungssensoren 11 gesondert durchgeführt werden und eine Radsatzentgleisung erkannt werden, wenn der Beschleunigungsgrenzwert durch einen Beschleunigungsmesswert eines der Vertikalbeschleunigungssensoren 11 überschritten wird. Alternativ könnte vorgesehen werden, dass beispielsweise ein Mittelwert der Beschleunigungsmesswerte den Beschleunigungsgrenzwert überschreiten muss, damit eine Radsatzentgleisung erkannt wird.In the embodiment mentioned, the limit value comparison can be carried out separately for each of the vertical acceleration sensors 11 and a wheel set derailment can be detected if the acceleration limit value is exceeded by an acceleration measurement value of one of the vertical acceleration sensors 11. Alternatively, it could be provided that, for example, a mean value of the measured acceleration values must exceed the acceleration limit value so that a wheelset derailment is detected.

In einer zweiten Ausführungsform ermittelt das Entgleisungserkennungssystem 12 aus den von den Vertikalbeschleunigungssensoren 11 erhaltenen Beschleunigungsmesswerten einen Effektivwert (RMS-Wert, "Root Mean Square") über ein gleitendes Zeitfenster, um bei einer Überschreitung des Effektivwerts über einen Effektivbeschleunigungsgrenzwert die Radsatzentgleisung zu erkennen. Die Länge des Zeitfensters kann vorbestimmt und bei Bedarf geändert werden. Auch in dieser Ausführungsform kann das Entgleisungserkennungssystem 12 den Grenzwertvergleich für jeden der Vertikalbeschleunigungssensoren 11 gesondert durchführen oder eine gemischte Berechnung durchführen.In a second embodiment, derailment detection system 12 uses the acceleration measured values obtained from vertical acceleration sensors 11 to determine an effective value (RMS value, "root mean square") over a sliding time window in order to detect the wheelset derailment if the effective value is exceeded above an effective acceleration limit value. The length of the time window can be predetermined and changed if necessary. In this embodiment too, the derailment detection system 12 can carry out the limit value comparison for each of the vertical acceleration sensors 11 separately or carry out a mixed calculation.

Die genannten ersten und zweiten Ausführungsformen können auch gleichzeitig durchgeführt werden, wobei das Entgleisungserkennungssystem 12 beispielsweise eine Radsatzentgleisung an die Auswerteeinheit 13 meldet, wenn einer der Grenzwertvergleiche oder auch, wenn beide Grenzwertvergleiche eine Radsatzentgleisung anzeigen.The mentioned first and second embodiments can also be carried out simultaneously, with the derailment detection system 12, for example, reporting a wheelset derailment to the evaluation unit 13 when one of the limit value comparisons or also when both limit value comparisons indicate a wheelset derailment.

In einer dritten Ausführungsform kann auch eine Mischform der ersten und zweiten Ausführungsform vorgenommen werden. Dazu kann das Entgleisungserkennungssystem 12 bei einer Überschreitung der von den Vertikalbeschleunigungssensoren 11 erhaltenen Beschleunigungsmesswerte über einen Beschleunigungsgrenzwert mit der Ermittlung eines Effektivwerts über ein gleitendes Zeitfenster beginnen und bei einer Überschreitung des Effektivwerts über einen Effektivbeschleunigungsgrenzwert die Radsatzentgleisung erkennen. Die Berechnung des Effektivwerts wird somit erst gestartet, wenn ein einzelner Beschleunigungsgrenzwert überschritten wurde.In a third embodiment, a mixed form of the first and second embodiment can also be carried out. For this purpose, the derailment detection system 12 can start determining an effective value over a sliding time window if the acceleration measured values received from the vertical acceleration sensors 11 are exceeded above an acceleration limit value and recognize the wheelset derailment if the effective value is exceeded over an effective acceleration limit value. The calculation of the rms value is therefore only started when a single acceleration limit value has been exceeded.

Insbesondere kann das Entgleisungserkennungssystem 12 anhand des Schwingverhaltens des Wagens und der dadurch entstehenden Beschleunigungswerte die Radsatzentgleisung erkennen. Beispielsweise kann das Schwingverhalten des Fahrzeugs in Anlehnung an die Norm EN 14363 analysiert werden, wobei die Grenzwerte der maximalen Vertikalbeschleunigung bzw. des Effektivwerts für das Entgleisungserkennungssystem 12 jedoch bevorzugt höher gesetzt werden, als es in der Norm für die Fahrzeugzulassung gefordert wird.In particular, the derailment detection system 12 can recognize the wheelset derailment on the basis of the vibration behavior of the wagon and the resulting acceleration values. For example, the vibration behavior of the vehicle can be analyzed based on the standard EN 14363, but the limit values of the maximum vertical acceleration or the effective value for the derailment detection system 12 are preferably set higher than is required in the standard for vehicle approval.

Die Auswerteeinheit 13 entscheidet, ob aufgrund des vom Entgleisungserkennungssystem 12 empfangenen Triggersignals eine Information, z.B. ein vorbestimmter Statuswert beim Vorliegen einer Radsatzentgleisung, an ein im Triebfahrzeug 4 befindliches Zentral gerät 15a (Figur 3) gesandt werden soll, z.B. mittels eines Sendeempfängers 15b. Das Zentralgerät 15a ist derart ausgebildet, dass es die Radsatzentgleisung einem Lokführer informativ zur Anzeige bringen kann, z.B. mittels einer Warnanzeige. Die Vorrichtung 6 bzw. das Zentralgerät 15a greift somit nicht selbstständig in den Fahrbetrieb ein, sondern unterstützt einen Lokführer durch Ausgabe einer Information und ist somit nicht sicherheitsrelevant und kann daher kostengünstig umgesetzt werden. Das Zentralgerät 15a kann auch aus dem Triebfahrzeug 4 entnommen werden, beispielsweise für Bremsproben, und außerhalb des Triebfahrzeugs 4 zum Einsatz kommen, da es für den Betrieb nicht mittels Kabeln mit den Vorrichtungen 6 verbunden sein muss, sondern drahtlos mit diesen in Verbindung steht.The evaluation unit 13 decides whether, on the basis of the trigger signal received from the derailment detection system 12, information, e.g. a predetermined status value in the event of a wheelset derailment, is sent to a central device 15a located in the traction vehicle 4 ( Figure 3 ) is to be sent, for example by means of a transceiver 15b. The central device 15a is designed in such a way that it informs a train driver about the wheel set derailment Can bring display, for example by means of a warning display. The device 6 or the central device 15a thus does not intervene independently in the driving operation, but supports a train driver by outputting information and is therefore not safety-relevant and can therefore be implemented cost-effectively. The central device 15a can also be taken from the traction vehicle 4, for example for brake tests, and used outside the traction vehicle 4, since it does not have to be connected to the devices 6 by means of cables for operation, but is wirelessly connected to them.

Im einfachsten Fall, wenn nur ein Entgleisungserkennungssystem 12 ohne weitere Sensoren vorliegt, kann die Auswerteeinheit 13 als Durchlaufschnittstelle zwischen Sendeempfänger 14 und Entgleisungserkennungssystem 12 ohne zusätzliche Entscheidungskompetenz agieren, da es eine vom Entgleisungserkennungssystem 12 gemeldete Radsatzentgleisung in der Regel an das Zentralgerät 15a melden wird. Wie in Figur 3 gezeigt, hat der Wagen 1 eine derartige Auswerteeinheit 13, an die nur ein Entgleisungserkennungssystem 12 angeschlossen ist.In the simplest case, if there is only one derailment detection system 12 without further sensors, the evaluation unit 13 can act as a pass-through interface between the transceiver 14 and derailment detection system 12 without additional decision-making authority, since it will usually report a wheelset derailment reported by the derailment detection system 12 to the central device 15a. As in Figure 3 As shown, the car 1 has such an evaluation unit 13 to which only one derailment detection system 12 is connected.

Der weitere in Figur 3 gezeigte Wagen 16 weist jedoch zusätzlich ein weiteres Entgleisungserkennungssystem 17 auf, welches dazu ausgebildet ist, eine Radsatzentgleisung mittels zumindest eines weiteren Sensors 18 zu erkennen und die erkannte Radsatzentgleisung an die Auswerteeinheit 13 zu melden. Die weiteren Sensoren 18 können beispielsweise jeweils in der Nähe eines Drehgestells 8 angebracht werden, an dem bereits einer der Vertikalbeschleunigungssensoren 11 vorliegt, um ein redundantes System zu erzeugen. Das weitere Entgleisungserkennungssystem 17 kann wie das oben beschriebene mit zwei oder mehr Vertikalbeschleunigungssensoren 11 oder nach dem Stand der Technik ausgeführt sein. Insbesondere kann das weitere Entgleisungserkennungssystem 17 auch auf einem anderen Prinzip basieren, so z.B. auf der Bestimmung der Radaufstandskraft (PJM-Patentanmeldung EO 2018/176072 A1 ), welches keine Beschleunigungssensoren verwendet.The other in Figure 3 However, the wagon 16 shown additionally has a further derailment detection system 17 which is designed to detect a wheelset derailment by means of at least one further sensor 18 and to report the detected wheelset derailment to the evaluation unit 13. The further sensors 18 can, for example, each be attached in the vicinity of a bogie 8 on which one of the vertical acceleration sensors 11 is already present, in order to generate a redundant system. The further derailment detection system 17 can be designed like that described above with two or more vertical acceleration sensors 11 or according to the prior art. In particular, the further derailment detection system 17 can also be based on a different principle, for example on the determination of the wheel contact force (PJM patent application EO 2018/176072 A1 ), which does not use acceleration sensors.

Wenn mehr als ein Entgleisungserkennungssystem 12, 17 vorliegt, trifft die Auswerteeinheit 13 eine Entscheidung, ob eine Information an das Zentral gerät 15a gesandt werden soll oder nicht. Die Auswertung kann beispielsweise von einer Gewichtung oder Anzahl der unterschiedlichen Entgleisungserkennungssysteme 12, 17 abhängig sein. Beispielsweise könnte die Auswertung ein negatives Ergebnis liefern, wenn nur eines von mehreren Entgleisungserkennungssystemen 12, 17 eine Radsatzentgleisung meldet.If there is more than one derailment detection system 12, 17, the evaluation unit 13 makes a decision as to whether or not information should be sent to the central device 15a. The evaluation can, for example, be dependent on a weighting or number of the different derailment detection systems 12, 17. For example, the evaluation could deliver a negative result if only one of several derailment detection systems 12, 17 reports a wheelset derailment.

Überdies können zusätzlich oder alternativ zum weiteren Entgleisungserkennungssystem 17 weitere Sensoren 19 an die Auswerteeinheit 14 angeschlossen sein. Die weiteren Sensoren 19 können beispielsweise zur Überwachung einer Radsatzlager-Temperatur, einer Schwerpunktslage eines Ladeguts, einer Fahrstabilität oder eines unbeabsichtigten Bremsens eingesetzt werden. Die Messdaten werden folglich in der Auswertung, ob eine entsprechende Information an das Zentralgerät 15a gesandt werden sollen, von der Auswerteeinheit 13 miteinbezogen. Wenn beispielsweise das Entgleisungserkennungssystem 12 eine Radsatzentgleisung meldet, aber alle weiteren Sensoren Messwerte liefern, die innerhalb der jeweiligen Grenzwerte liegen, könnte die Auswerteeinheit 13 auf eine Fehlermeldung des Entgleisungserkennungssystems 13 schließen und keine Information an das Zentralgerät 15a senden.Furthermore, in addition to or as an alternative to the further derailment detection system 17, further sensors 19 can be connected to the evaluation unit 14. The further sensors 19 can be used, for example, to monitor a wheel set bearing temperature, a center of gravity of a load, driving stability or unintentional braking. The measurement data are consequently included by the evaluation unit 13 in the evaluation as to whether corresponding information should be sent to the central device 15a. If, for example, the derailment detection system 12 reports a wheelset derailment, but all other sensors deliver measured values that are within the respective limit values, the evaluation unit 13 could conclude that there is an error message from the derailment detection system 13 and send no information to the central device 15a.

Der Sendeempfänger 14 ist zur Funkkommunikation mit dem Zentralgerät 15a ausgebildet, d.h. der Sendeempfänger verfügt über entsprechende Komponenten, um Informationen kabellos an das Zentralgerät 15a zu senden, beispielsweise mittels WLAN, DSRC, GSM, LoRa oder einem anderen Standard.The transceiver 14 is designed for radio communication with the central device 15a, i.e. the transceiver has appropriate components to send information wirelessly to the central device 15a, for example by means of WLAN, DSRC, GSM, LoRa or another standard.

Um Nachrichten verschlüsselt von der Auswerteeinheit 13 über den Sendeempfänger 14 an das Zentralgerät 15a zu senden, kann ein sogenanntes Challenge-Response-Verfahren zur Authentifizierung der Auswerteeinheit 13 und des Zentralgeräts 15a vorgesehen werden, wie folgend im Detail erläutert wird.In order to send encrypted messages from the evaluation unit 13 via the transceiver 14 to the central device 15a, a so-called challenge-response method can be provided to authenticate the evaluation unit 13 and the central device 15a, as will be explained in detail below.

Jedes Eisenbahn-Verkehrs-Unternehmen hat eigene Datenserver und eindeutig zugeordnete Zentralgeräte 15a. Erhält ein Eisenbahn-Verkehrs-Unternehmen den Auftrag bestimmte Güterwagen von einem Ort zu einem anderen zu bringen, so wird dies anhand von Zugnummern und den Zugnummern zugeordneten Wagenlisten organisiert, wobei in den Wagenlisten die Wagen 1, 2, 3 des Zuges und ihre Reihenfolge enthalten ist. Um ein Eingreifen von nicht autorisierten Personen in den sicherheitsrelevanten Bremsprüfprozess zu verhindern, führt ein Schlüsselserver mit dem Zentralgerät 15a eine sogenannte Challenge-Response-Authentifizierung der Wagen 1, 2, 3 und des Zentralgeräts 15a selbständig durch. Das Zentralgerät 15a sendet dabei die Zugnummer des ihm zugeordneten Zugs an den Daten-Server des Eisenbahn-Verkehrs-Unternehmens und dieser gibt die Wagenliste mit den Wagennummern des Zugs und ihrer Reihenfolge im Zugverband zurück. Diese Wagenliste wird vom Zentral gerät 15a an den Schlüsselserver übergeben, welcher mit einer Challenge-Information antwortet. Mit dieser Challenge-Information ruft nun das Zentralgerät 15a die Auswerteeinheiten der Wagen 1, 2, 3 aus der Wagenliste über das lokale Funknetz an. Die vom Zentralgerät 15a angesprochenen Wagen 1, 2, 3, d.h. ihre Auswerteeinheiten 13, antworten mit einer Response-Nachricht, welche die signierte Challenge (Response) enthält. Diese Responses der Wagen werden vom Zentralgerät 15a signiert und an den Schlüsselserver zur Überprüfung übermittelt. Der Schlüsselserver kontrolliert die empfangenen Informationen auf ihre Gültigkeit und sendet ein Schlüsselpaket, welches die Funkschlüssel der korrekt authentifizierten Wagen enthält, wodurch die weitere sicher verschlüsselte Kommunikation im lokalen Funknetz zwischen dem Zentralgerät 15a und den Auswerteeinheiten der Wagen 1, 2, 3 abgewickelt werden kann.Each railway transport company has its own data server and uniquely assigned central devices 15a. If a railway transport company receives the order to bring certain freight wagons from one place to another, this is organized using train numbers and wagon lists assigned to the train numbers, with the wagons 1, 2, 3 of the train and their order in the wagon lists is. In order to prevent unauthorized persons from intervening in the safety-relevant brake test process, a key server independently carries out a so-called challenge-response authentication of the cars 1, 2, 3 and the central device 15a with the central device 15a. The central device 15a sends the train number of the train assigned to it to the data server of the railway transport company and this returns the wagon list with the wagon numbers of the train and their sequence in the train set. This car list is transferred from the central device 15a to the key server, which replies with challenge information. With this challenge information, the central device 15a now calls the evaluation units of the cars 1, 2, 3 from the car list via the local radio network. The cars 1, 2, 3 addressed by the central device 15a, ie theirs Evaluation units 13 respond with a response message which contains the signed challenge (response). These responses from the cars are signed by the central device 15a and transmitted to the key server for verification. The key server checks the received information for its validity and sends a key packet containing the radio keys of the correctly authenticated car, whereby the further securely encrypted communication in the local radio network between the central device 15a and the evaluation units of the car 1, 2, 3 can be handled.

Um auch in Gebieten ohne Verbindung zum Schlüsselserver eine sichere Kommunikation zwischen dem Zentralgerät 15a und den Auswerteeinheiten 13 mit dem lokalen Funknetz bieten zu können, können die Wagenliste und das dazugehörige Schlüsselpaket auch vorab auf das Zentralgerät 15a heruntergeladen werden. In diesem Falle wird zwar die Challenge-Response-Authentifizierung nicht erfüllt, aber dennoch eine ausreichend sichere Kommunikation im lokalen Funknetz erreicht.In order to be able to offer secure communication between the central device 15a and the evaluation units 13 with the local radio network even in areas without a connection to the key server, the car list and the associated key package can also be downloaded to the central device 15a in advance. In this case, the challenge-response authentication is not fulfilled, but sufficiently secure communication is still achieved in the local radio network.

Der Sendeempfänger 14 des Wagens 1 kann weiters die Funktion eines Relais erfüllen, indem er Nachrichten von einem Sendeempfänger 14 eines weiteren Wagens 2, 3 empfängt, was jedoch nicht notwendigerweise das Lesen oder Entschlüsseln der Nachricht umfasst, und die Nachricht an das Zentralgerät 15a weiterleitet, gegebenenfalls vermittels eines weiteren als Relais agierenden Sendeempfängers 14. Bevorzugt weist jeder Wagen 1, 2, 3 des Zugverbands einen derartigen Sendeempfänger 14 auf.The transceiver 14 of the car 1 can also perform the function of a relay by receiving messages from a transceiver 14 of another car 2, 3, which does not necessarily include reading or decrypting the message, and forwards the message to the central device 15a, optionally by means of a further transceiver 14 acting as a relay. Each car 1, 2, 3 of the train set preferably has such a transceiver 14.

Um den Sendeempfänger 14 und/oder die Vertikalbeschleunigungssensoren 11, das Entgleisungserkennungssystem 12 beziehungsweise die Auswerteeinheit 13 mit Strom zu versorgen, umfasst die Vorrichtung 6 einen Generator 20 zur laufenden Energieversorgung während der Fahrt des Wagens 1. Der Generator 20 ist beispielsweise ein Radnabengenerator und in einem der Radsätze 10 verbaut. Ferner kann die Vorrichtung eine Batterie 21, d.h. Akkumulator oder Akku, zur Energiespeicherung während eines Stillstands des Wagens umfassen. Der Generator 20 kann zudem auch das genannte weitere Entgleisungserkennungssystem 17 mit Energie versorgen.In order to supply the transceiver 14 and / or the vertical acceleration sensors 11, the derailment detection system 12 or the evaluation unit 13 with power, the device 6 comprises a generator 20 for continuous energy supply while the car 1 is in motion. The generator 20 is, for example, a wheel hub generator and in one of the wheelsets 10 installed. Furthermore, the device can comprise a battery 21, that is to say accumulator or storage battery, for storing energy while the car is stationary. The generator 20 can also supply the mentioned further derailment detection system 17 with energy.

Positionsnummern:Item numbers:

11
Wagendare
22
Wagendare
33
Wagendare
44th
TriebfahrzeugTraction vehicle
55
ZugverbandTrain set
66
Vorrichtungcontraption
77th
FahrzeugkastenVehicle body
88th
DrehgestelleBogies
99
DrehgestellrahmenBogie frame
10a10a
RadsatzWheelset
10b10b
Radwheel
1111
VertikalbeschleunigungssensorVertical acceleration sensor
1212th
EntgleisungserkennungssystemDerailment detection system
1313
AuswerteeinheitEvaluation unit
1414th
SendeempfängerTransceiver
15a15a
ZentralgerätCentral device
15b15b
SendeempfängerTransceiver
1616
Wagendare
1717th
EntgleisungserkennungssystemDerailment detection system
1818th
Sensorsensor
1919th
Sensorsensor
2020th
Generatorgenerator
2121st
Batteriebattery

Claims (10)

System umfassend einen Wagen (1) für einen Zugverband (5) und eine Vorrichtung (6) zur Erkennung einer Radsatzentgleisung, wobei der Wagen (1) einen Fahrzeugkasten (7) und zumindest zwei Drehgestelle (8) oder zumindest zwei Einzelradsätze (10a) aufweist und die Vorrichtung (6) einen Sendeempfänger (14) zur Funkkommunikation mit einem Zentralgerät (15a) des Zugverbandes (5) umfasst, mittels welchem die Radsatzentgleisung einem Lokführer zur Anzeige gebracht werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) zumindest zwei Vertikalbeschleunigungssensoren (11) umfasst, von denen einer am Fahrzeugkasten (7) im Wesentlichen über einem der Drehgestelle (8) oder einem der Einzelradsätze (10a) angebracht und ein anderer am Fahrzeugkasten (7) im Wesentlichen über einem anderen der Drehgestelle (8) oder einem anderen der Einzelradsätze (10a) angebracht ist, wobei die Vertikalbeschleunigungssensoren (11) dazu ausgebildet sind, Beschleunigungsmesswerte zu messen und an ein Entgleisungserkennungssystem (12) zu senden, welches dazu ausgebildet ist, anhand der Beschleunigungsmesswerte eine Entgleisung der Radsatzentgleisung zu erkennen und die erkannte Radsatzentgleisung an eine Auswerteeinheit (13) zu melden, die dazu ausgebildet ist, eine Information über die Radsatzentgleisung mittels des Sendeempfängers (14) an das Zentralgerät (15a) zu senden.System comprising a car (1) for a train (5) and a device (6) for detecting a wheel set derailment, the car (1) having a vehicle body (7) and at least two bogies (8) or at least two individual wheel sets (10a) and the device (6) comprises a transceiver (14) for radio communication with a central device (15a) of the train formation (5), by means of which the wheelset derailment can be displayed to a train driver,
characterized in that the device (6) comprises at least two vertical acceleration sensors (11), one of which is mounted on the vehicle body (7) essentially above one of the bogies (8) or one of the individual wheel sets (10a) and another on the vehicle body (7) is mounted essentially above another of the bogies (8) or another of the individual wheel sets (10a), the vertical acceleration sensors (11) being designed to measure acceleration measurement values and to send them to a derailment detection system (12), which is designed to use the acceleration measurement values to recognize a derailment of the wheelset derailment and to report the detected wheelset derailment to an evaluation unit (13) which is designed to send information about the wheelset derailment by means of the transceiver (14) to the central device (15a). System nach Anspruch 1, wobei das Entgleisungserkennungssystem (12) dazu ausgebildet ist, bei einer Überschreitung der von den Vertikalbeschleunigungssensoren (11) erhaltenen Beschleunigungsmesswerte über einen Beschleunigungsgrenzwert die Radsatzentgleisung zu erkennen.System according to Claim 1, the derailment detection system (12) being designed to detect the wheelset derailment if the acceleration measured values obtained from the vertical acceleration sensors (11) exceed an acceleration limit value. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Entgleisungserkennungssystem (12) dazu ausgebildet ist, aus den von den Vertikalbeschleunigungssensoren (11) erhaltenen Beschleunigungsmesswerten einen Effektivwert über ein gleitendes Zeitfenster zu ermitteln und bei einer Überschreitung des Effektivwerts über einen Effektivbeschleunigungsgrenzwert die Radsatzentgleisung zu erkennen.System according to claim 1 or 2, wherein the derailment detection system (12) is designed to determine an effective value over a sliding time window from the acceleration measured values obtained from the vertical acceleration sensors (11) and to recognize the wheelset derailment if the effective value is exceeded over an effective acceleration limit value. System nach Anspruch 1, wobei das Entgleisungserkennungssystem (12) dazu ausgebildet ist, bei einer Überschreitung der von den Vertikalbeschleunigungssensoren (11) erhaltenen Beschleunigungsmesswerte über einen Beschleunigungsgrenzwert mit der Ermittlung eines Effektivwerts über ein gleitendes Zeitfenster zu beginnen und bei einer Überschreitung des Effektivwerts über einen Effektivbeschleunigungsgrenzwert die Radsatzentgleisung zu erkennen.System according to claim 1, wherein the derailment detection system (12) is designed to start determining an effective value over a sliding time window if the measured acceleration values obtained from the vertical acceleration sensors (11) exceed an acceleration limit value and if the effective value is exceeded over an effective acceleration limit value to recognize the wheelset derailment. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend zumindest ein weiteres Entgleisungserkennungssystem (17), welches dazu ausgebildet ist, eine Radsatzentgleisung mittels zumindest eines weiteren Sensors (18) zu erkennen und die erkannte Radsatzentgleisung an die Auswerteeinheit (13) zu melden, wobei die Auswerteeinheit (13) dazu ausgebildet ist, nur nach einer positiven Auswertung der Meldungen des Entgleisungserkennungssystem (12) und des zumindest einen weiteren Entgleisungserkennungssystems (17) eine Information an das Zentralgerät (15a) zu senden.System according to one of claims 1 to 4, comprising at least one further derailment detection system (17), which is designed to detect a wheelset derailment by means of at least one further sensor (18) and to report the detected wheelset derailment to the evaluation unit (13), wherein the Evaluation unit (13) is designed to send information to the central device (15a) only after a positive evaluation of the messages from the derailment detection system (12) and the at least one further derailment detection system (17). System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend zumindest einen weiteren an die Auswerteeinheit (13) angeschlossenen Sensor (19), bevorzugt zur Überwachung einer Radsatzlagertemperatur, einer Schwerpunktslage eines Ladeguts, einer Fahrstabilität oder eines unbeabsichtigten Bremsens, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, nur nach einer positiven Auswertung der Meldungen des Entgleisungserkennungssystems (12) und des zumindest einen weiteren Sensors (19) eine entsprechende Information an das Zentral gerät (15a) zu senden.System according to one of Claims 1 to 5, comprising at least one further sensor (19) connected to the evaluation unit (13), preferably for monitoring a wheel set bearing temperature, a center of gravity of a load, driving stability or unintentional braking, the evaluation unit being designed to to send corresponding information to the central device (15a) only after a positive evaluation of the messages from the derailment detection system (12) and the at least one further sensor (19). System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend einen Generator (20) zur laufenden Energieversorgung der Vorrichtung (6) während der Fahrt des Wagens (1) und bevorzugt eine vom Generator (20) gespeiste Batterie (21) zur Energieversorgung der Vorrichtung (6) während eines Stillstands des Wagens (1).System according to one of Claims 1 to 6, comprising a generator (20) for continuously supplying energy to the device (6) while the car (1) is in motion and preferably a battery (21) fed by the generator (20) for supplying energy to the device (6) ) while the carriage (1) is stationary. System nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 5, wobei der Generator (20) dazu ausgebildet ist, auch das weitere Entgleisungserkennungssystem (17) mit Energie zu versorgen.System according to Claim 7 in conjunction with Claim 5, the generator (20) being designed to also supply the further derailment detection system (17) with energy. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Auswerteeinheit (13) dazu ausgebildet ist, die Kommunikation mit dem Zentralgerät (15a) verschlüsselt durchzuführen, wobei bevorzugt ein Challenge-Response-Verfahren zur Authentifizierung der Auswerteeinheit (13) und des Zentralgeräts (15a) angewendet wird.System according to one of claims 1 to 8, wherein the evaluation unit (13) is designed to carry out the communication with the central device (15a) in encrypted form, a challenge-response method for authenticating the evaluation unit (13) and the central device (15a) ) is applied. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Sendeempfänger (14) dazu ausgebildet ist, eine Information einer Auswerteeinheit (13) eines weiteren Wagens (2, 3) zu empfangen und an das Zentral gerät (15a) zu senden.System according to one of Claims 1 to 9, the transceiver (14) being designed to receive information from an evaluation unit (13) of a further car (2, 3) and to send it to the central device (15a).
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