EP4304913A1 - Erdungskontakt und verfahren zum betrieb - Google Patents

Erdungskontakt und verfahren zum betrieb

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Publication number
EP4304913A1
EP4304913A1 EP21712737.2A EP21712737A EP4304913A1 EP 4304913 A1 EP4304913 A1 EP 4304913A1 EP 21712737 A EP21712737 A EP 21712737A EP 4304913 A1 EP4304913 A1 EP 4304913A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
measuring
sensor
evaluation unit
grounding
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
EP21712737.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Pfeffer
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.)
Schunk Transit Systems GmbH
Original Assignee
Schunk Transit Systems 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 Schunk Transit Systems GmbH filed Critical Schunk Transit Systems GmbH
Publication of EP4304913A1 publication Critical patent/EP4304913A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B61F15/00—Axle-boxes
    • B61F15/20—Details
    • B61F15/28—Axle-boxes modified to ensure electrical conductivity
    • 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
    • B61L15/0072—On-board train data handling

Definitions

  • the invention relates to a ground contact and a method for operating a rail vehicle, the rail vehicle having a ground contact on a wheel set with an axle and wheels, the ground contact being formed with a housing unit, a contact device and a sensor device, wherein the contact device has a contact piece arranged on a contact surface of an axis, with an electrical sliding contact being formed between the contact surface and the contact piece.
  • Grounding contacts and methods of this type are sufficiently known from the prior art and are regularly used on axles of rail vehicles, in particular electrically powered rail vehicles. Grounding contacts are used to transmit electrical currents through an axle of a wheelset into a rail.
  • the known grounding contacts can be arranged on an axial side of an axle on this and can be connected in a rotationally fixed manner to an axle mount of the rail vehicle or can be connected to the axle mount so that it can rotate relative to the axial side.
  • the grounding contact comprises a housing with a housing cover or a housing cover arranged in a flange-like manner on the axial side. ckung, wherein contact pieces made of graphite are contacted with the axle or corresponding slip rings or grinding wheels for the transmission of a current within the housing.
  • a sensor device or a flange-like sensor housing is also known to attach a sensor device or a flange-like sensor housing to the housing cover.
  • the housing cover has an opening through which, for example, a rotary encoder of the sensor device can detect signals generated by rotation of the axle. These signals are transmitted via a cable to a vehicle controller, which uses them to generate an axle speed, impulses for an engine controller or a brake system. Accordingly, the sensor forwards a signal to a vehicle controller, which further processes the signal for control purposes.
  • a grounding contact is known, for example, from EP 2 423 068 A1.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a method for operating a rail vehicle and a grounding contact and a monitoring system with a grounding contact which enables improved operation.
  • This object is achieved by a method having the features of claim 1, a grounding contact having the features of claim 15 and a monitoring system having the features of claim 16 solves ge.
  • the rail vehicle is designed with at least one grounding contact on a wheel set with an axle and wheels, the grounding contact being designed with a housing unit, a contact device and a sensor device, the contact device being on a contact surface of an axle arranged contact piece, wherein an electrical sliding contact is formed between the contact surface and the contact piece, wherein the grounding contact comprises a measuring unit with a measuring device, wherein at least one sensor of a sensor device of the measuring device is arranged on the contact device and/or adjacent to the contact device, wherein by means a measured value of the contact device is recorded by the sensor device, the measured value being processed by a processing device of the measuring device and an operating state of the wheelset and/or a rail descriptive characteristic value is determined.
  • the grounding contact is arranged on the wheel set, which can be a running wheel set, a driving wheel set or a loose wheel set with one or more axles.
  • the axle or the axles of the wheel set each have two wheels, which rest on a running rail of the rail vehicle or a rail and can roll on it.
  • the ground contact is arranged on the axle and has the contact device with at least one contact piece inside the housing unit.
  • the contact device is used to hold and electrically connect the contact piece.
  • the axle or a component arranged on the axle forms the contact surface of the axle, which can be rotated relative to the contact piece.
  • the axis can be contacted radially or axially with the contact piece.
  • the con- clock device comprise a plurality of contact pieces.
  • the contact piece can in particular be made of graphite.
  • the grounding contact comprises a measuring unit with a measuring device, which in turn has a sensor device with at least one sensor.
  • the sensor is arranged on the contact device and/or adjacent to the contact device or as close as possible to the contact device or the contact piece.
  • a measured value of the contact device or the contact piece is recorded by means of the sensor device or the sensor.
  • This measured value is a physical measured variable that has a direct operative relationship with the contact device and can be changed during operation of the grounding contact.
  • the measured value or the measured variable measured with the sensor is now processed by means of the processing device and a characteristic value is determined which is suitable for describing an operating state of the grounding contact and/or the running rail.
  • the characteristic value can be a parameterized value, a characteristic, a key figure or a data set.
  • the characteristic value can also be contained within a data record.
  • the processing device is therefore in the form of at least one digital electronic circuit that can process analog and/or digital signals from the sensor.
  • the processing device can, for example, also be a programmable logic controller (PLC), an integrated circuit (IC) or a computer.
  • the processing device determines the parameter that is suitable for describing the operating state of the ground contact, it is possible to determine the operating state of the ground contact, the wheel set and/or the rail or to monitor the ground contact. Since the operating state of the ground contact is quite is also essentially dependent on the condition or operating condition of the wheel set and/or the rail, the characteristic value can also describe the operating condition of the wheel set and the rail.
  • the operating state can be a state of wear, so that it is then possible to make a statement about the state of wear based on the characteristic value. All in all, maintenance of the grounding contact, the wheelset and the running rail can be carried out in a more targeted manner without having to keep to regular maintenance intervals. Overall, this makes it possible to operate a grounding contact, a wheel set or a rail more cost-effectively, and thus to operate a rail vehicle more economically overall.
  • a rotational speed of the axis, acceleration, frequency, temperature, humidity, force, current, voltage, distance, mass and/or spatial position can be continuously or discontinuously recorded and processed as a measured value.
  • a driving speed or a driving distance of the rail vehicle can be measured with the rotational speed of the axle.
  • a rotary encoder on the axle or another suitable sensor can be used for this purpose, for example.
  • a temperature can be measured with a temperature sensor on the grounding contact or directly on the housing unit or the contact device, so that, for example, possible overheating of a bearing of the axle can be determined.
  • a force can be determined by means of a strain gauge, a force sensor, a pressure sensor or the like. For example, a pressing force of the contact piece can then be measured.
  • a current strength or a voltage can be measured with an ammeter or a voltmeter as a sensor. For example, a current discharged via the grounding contact can then be determined. A location of the ground contact can easily be determined by a satellite navigation system such as GPS. The measured value or the measured values can be determined or processed continuously or continuously. It is also possible to discount the measured values to be recorded and processed continuously, for example at fixed times or on specific occasions.
  • At least one acceleration sensor is used as a sensor, which can then be arranged on the contact device, preferably on the contact piece.
  • the acceleration sensor or vibration sensor can be used to measure a natural frequency and/or resonance frequency of the contact piece or of the entire grounding contact.
  • a movement of the contact piece on the axle can be detected by means of the acceleration sensor, in which case conclusions can be drawn from the movement about a shape of the rail or a flat spot on a wheel rim of the wheel. In this way, for example, evenness along the runway can easily be determined. Special measuring runs or on-site inspections of the running rail to determine such defects are then no longer necessary.
  • a change in the contact piece as a result of wear or abrasion on the axle causes a change in the natural frequency and/or resonance frequency of the contact piece. This can result in a difference between a new and a worn contact piece.
  • the processing device can derive a change in the contact piece from a change in the natural frequency and/or resonance frequency of the contact piece. For example, natural frequencies and/or resonant frequencies of new and worn contact pieces could be stored in the processing device, with the processing device being able to carry out a comparison and determine a state of wear or consumption of the contact piece without further calculations. This wear can then be output in the form of a characteristic value.
  • the processing device can record and store the measured values from sensors and/or the characteristic values at regular time intervals, when there is a change, or continuously. Accordingly, it can be provided that the measured values and/or the characteristic values are only recorded and stored when the values change, in order to keep the volume of data small. Alternatively, it is possible to provide continuous, ie continuous, recording and storage. By storing the measured values and/or characteristic values, it is possible to process them even after they have been recorded. For example, measured values can then be recorded while the rail vehicle is traveling, with the determination of the characteristic value(s) only being able to be carried out during maintenance of the rail vehicle in a depot. For example, a condition of a rail along a route of travel of the rail vehicle can be determined in this way after a journey.
  • the measuring device can transmit the measured values and/or characteristic values to an evaluation unit, in which case the measured values and/or characteristic values can be stored in a database of the evaluation unit and/or can be further processed by means of an evaluation device of the evaluation unit.
  • the evaluation unit can consequently include the database and the evaluation device.
  • the evaluation unit can therefore be used to collect and further process the measured values and/or characteristic values and can be in the form of a computer.
  • the evaluation device can be used to display or output a result of an evaluation by an operator.
  • the evaluation unit can have a range of functions that goes beyond the range of functions of the processing device. In principle, however, it is also possible to integrate the processing device in the evaluation unit and vice versa.
  • such an evaluation unit can also be present independently of the ground contact as an assembly of the rail vehicle.
  • the measured values and/or characteristic values of the measuring device can be transmitted to the evaluation unit via a data connection, with the evaluation unit being arranged at a spatial distance from the measuring unit or being integrated in the measuring unit.
  • the control device or the evaluation unit is integrated in the measuring unit, the data connection can simply be in the form of a line connection.
  • the measuring device such as the processing device and the control device as well as the evaluation unit, at another location on the rail vehicle, for example on a driver's stand.
  • data can be exchanged, for example on the basis of a transmission protocol.
  • the data connection can be established continuously, at regular intervals or based on events. Overall, it is thus possible to collect and evaluate data collected by the measuring device. Various options for evaluation then open up an analysis of specific states and events, with which operation of the grounding contact, the wheelset and the rail or the rail vehicle can be optimized.
  • the data connection can be established via an external data network.
  • the data connection can be via a mobile network,
  • the evaluation unit is arranged at a spatial distance from the measuring unit, it can also be arranged stationary outside of the rail vehicle, far away from the rail vehicle, for example in a building. In particular, this makes it possible to monitor a function of the grounding contact and the wheel set on the rail vehicle without this task having to be performed by a person on the rail vehicle itself.
  • a data connection to the evaluation unit and/or the measuring unit can be established by means of a user unit, it being possible for the measured values and/or characteristic values to be transmitted to the user unit and output.
  • the user unit can be a computer that is independent of the evaluation unit and/or the measuring unit.
  • This computer can be a stationary computer, a mobile radio device or the like, with which a further data connection for data exchange with the evaluation unit and/or the measuring unit can be established.
  • the data can be exchanged, for example, via an external data network such as the Internet.
  • the evaluation unit can be formed, for example, by a server with software that transmits the information contained in the database of the evaluation unit to the user unit. This transmission can consist of providing a website with selected information, for example a current state of wear of the contact piece.
  • the processing device or the evaluation unit can evaluate a time profile of the measured values and/or characteristic values and determine a state of wear of the contact piece, the wheel set and/or the rail, taking into account a time-dependent component relevant to the wear and/or a measured variable-dependent component. In this way, not only can a statement be made about a current state of wear, but it can also be determined approximately at what point in time, for example, a contact piece or a wheel is likely to be worn out. This makes it possible to precisely define and time-optimize a maintenance interval for the grounding contact or other components of the wheelset.
  • the chronological progression can also be used to determine the point in time at which certain events occurred. If events occur repeatedly, this can result in a system tik to be derived. For example, when driving on a certain route section, a poorer condition of a rail or increased wear can be determined.
  • Vibration of the contact piece can be detected by means of the sensor device, with the processing device being able to determine a natural frequency and/or a resonant frequency of the contact piece and/or the axle, with the processing device or the evaluation unit determining a state of wear on the contact piece, the wheel set and/or the rail can determine.
  • a shape in particular a height of the contact piece, can be changed, with the change in shape being able to change the natural frequency and/or the resonant frequency of the contact piece.
  • a degree of wear of the contact piece and/or the axle can be determined by means of the processing device from the natural frequency and/or the resonance frequency.
  • the natural frequency and/or the resonant frequency changes with increasing abrasion of the carbon of the contact piece or a component of the axle, this change can be used to draw conclusions about the degree of wear of the contact piece and/or the axle. Not only can it be determined whether the contact piece is new or completely worn out, but also to what extent the contact piece has been used up.
  • the processing device or the evaluation unit can carry out a pattern analysis of the measured values and/or characteristic values stored over a period of time and derive a key figure from the pattern analysis. It can also be provided to carry out the pattern analysis using artificial intelligence.
  • the processing device or the evaluation unit can relate the measured values of different sensors and/or characteristic values to one another and derive functional dependencies of the measured values and/or characteristic values. In this way, functional dependencies between the sensors can be examined. For example, vibrations or oscillations related to set to a temperature and possibly determined that a bearing of the axle is damaged.
  • a number of other operating states and events as a result of functional dependencies can also be recognized and interpreted, for example the loading status of the rail vehicle or the respective wagons, inclines and curves of the rail, wear on the contact piece as a result of mechanical friction on the axle or on theirs Components, sections of a travel rail with particularly uneven running characteristics of the axle and thus with particularly high or particularly low wear, a wear rate depending on driving behavior, such as acceleration or standstill of the rail vehicle, damage to components of the wheelset, the axle, the wheels Bearings and on the contact device, a current dissipation via the grounding contact and the resulting faults in components, a state of wear components of the wheel set, such as bearings, joints, structural elements, a loss of components, for example in F as a result of impact with an obstacle, as well as a position, speed, acceleration and direction of travel of the rail vehicle. It is possible to react accordingly to these states and events mentioned above as examples by means of maintenance measures, an adaptation of the driving behavior of the rail vehicle or other suitable
  • a position sensor of the sensor device can be used to determine a location of the grounding contact, with the location being able to be assigned to the characteristic values, with the evaluation unit being able to determine a wear condition of the rail.
  • the position sensor can, for example, determine a position of the ground contact and thus of the vehicle via satellite navigation.
  • the relevant location can be assigned to an event or measured value.
  • the state of wear of the rail by means of the evaluation unit, for example by evaluating vibrations of the contact device or of the contact piece along the rail transmitted by the wheels.
  • the contact device can have a different vibration behavior when the rail is heavily worn. Steps, evenness and curves on the rail can also be determined and assigned to a position on the route. This can be used to influence the speed of the rail vehicle in the travel sections of the route that are localized in this way.
  • the evaluation unit can process characteristic values of measuring units with several earth contacts. In this way, the evaluation unit can process characteristic values of a number of grounding contacts arranged on a single rail vehicle or wheel set. A comparison of the characteristic values of the grounding contacts can further increase the accuracy of a measurement or a monitoring. In addition, characteristic values of grounding contacts that are arranged on different rail vehicles can be processed with the evaluation unit. This can also significantly improve the accuracy of measurements and monitoring of the rail vehicles or the respective rails. Among other things, an up-to-date and constantly changing state of a route network and the traffic on it can be ing rail vehicles can be won. A resulting optimization of an operating state can significantly reduce operating costs. Also, a regular and frequent inspection of the infrastructure and the rail vehicles is no longer necessary and vehicle safety during operation is significantly increased. There is also no need to carry out special measurement runs.
  • the grounding contact according to the invention for an axle of a wheel set of a rail vehicle is designed with a housing unit, a contact device and a sensor device, the contact device having a contact piece arranged on a contact surface of the axle, an electrical sliding contact being able to be formed between the contact surface and the contact piece is, wherein the grounding contact comprises a measuring unit with a measuring device, wherein at least one sensor of a sensor device of the measuring device is arranged on the contact device and/or adjacent to the contact device, wherein a measured value of the contact device can be recorded by means of the sensor device, wherein by means of a processing device the Measuring device, the measured value can be processed and a characteristic value describing an operating state of the wheelset and/or a ticket can be determined.
  • the housing unit can be formed from a housing body and a housing cover. Further advantageous embodiments of a grounding contact result from the feature descriptions of the dependent claims relating back to method claim 1.
  • the monitoring system comprises at least one rail vehicle with at least one earthing contact according to the invention.
  • the monitoring system can include a plurality of measuring units and an evaluation unit for processing measured values and/or characteristic values of the measuring units of a number of grounding contacts. As already described above, this makes it possible to monitor a number of grounding contacts of a rail vehicle or a number of rail vehicles with grounding contacts with a single evaluation unit.
  • the monitoring system can consequently include a plurality of rail vehicles, each with at least one ground contact. It can also be provided that the rail vehicles each have a plurality of grounding contacts.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a grounding contact on a rail vehicle in a side view
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a grounding contact on a rail vehicle in a sectional view
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an embodiment of a measuring unit
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a monitoring system.
  • FIG. 1 shows a grounding contact 10 on an axle 11 of a rail vehicle 12, which is only partially shown here.
  • the axle 11 has two wheels 13, each of which can roll on a rail 14.
  • a bearing device device 16 for the rotatable mounting of the axis 1 1 arranged.
  • the axis 11 is ver with a damping device 17 with a frame 18 of a wheel set 19 of the rail vehicle 12 connected.
  • the grounding contact 10 is flanged to the bearing device 16 .
  • FIG. 2 shows a sectional view of a grounding contact 20 on an axle of a rail vehicle that is not shown in detail here.
  • An axial end cap 21 of the axle is shown here with a dot-dash line.
  • a bearing block of the axle with which the grounding contact 20 is screwed, also not shown here to simplify the illustration.
  • the grounding contact 20 includes a Gepurein unit 22, which is formed solely from a housing body 23 and a hous cover 24 housin.
  • a contact device 26 of the grounding contact 20 is formed here from a contact disk 27 and from contact pieces 28 consisting essentially of graphite.
  • the contact pieces 28 are accommodated in a contact piece holder 29 and are each pressed against the contact disk 27 with a spring device 30 to form an electrical sliding contact.
  • the contact pieces 28 are further electrically connected to the contact piece holder 29 by means of stranded wires 31, with a connecting piece 32 being connected to the contact piece holder 29 with a cable 33 which electrically connects the ground contact 20 to a motor in general, as is known.
  • a sensor device 61 which has an acceleration sensor not shown here sensor.
  • the acceleration sensor or another suitable sensor, can be arranged on the housing unit 22 or the contact device 26 or the grounding contact 20 .
  • Signals obtained for the acceleration sensor are processed further by a processing device 62 of a measuring device 63 within the housing cover 24 and via a transmission device 64 in a here shown external network sent.
  • the sensor device 61 includes a temperature sensor 65 which is arranged on the housing body 23 here.
  • Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment of a measuring unit 34.
  • the measuring unit 34 is formed from a measuring device 35 and also includes an evaluation unit 36.
  • the measuring device 35 in turn includes a sensor device 37 with a plurality of sensors 38 and a processing device 39.
  • a supply device 40 is provided, by means of which the measuring device 35 is supplied with electrical energy.
  • the supply device 40 can be an energy storage device, a generator or an external energy supply, for example via a rail vehicle or a derived current.
  • the evaluation unit 36 has a database 41 and an evaluation device 42 and receives data or measured values and/or characteristic values from the processing device 39.
  • the processing device 39 receives measured values from the sensor 38 of the sensor device 37 and processes them.
  • the measured values relate to operating parameters or physical measured variables of a contact device of a ground contact, not shown here, in the manner of the ground contacts shown by way of example in FIGS.
  • the processing device 39 processes the measured values in such a way that a characteristic value describing an operating state of the pantograph in question and/or a busbar is determined.
  • the characteristic values determined in each case are transmitted continuously or successively from the processing device 39 to the evaluation unit 36 and stored there in the database 41 or further processed or prepared with the evaluation device 42 .
  • the 4 shows a monitoring system 47 with a measuring unit 48.
  • the monitoring system 47 can have a plurality of measuring units 48.
  • the measuring unit 48 has a measuring device 49 which has a transmission device device 50 includes.
  • the transmission device 50 receives data or measured values and/or characteristic values from the processing device 39 .
  • An evaluation unit 54 with a database 55 and an evaluation device 56 is connected to the external data network via a further data connection 53
  • a user unit 58 is provided, which is connected to the external data network 51 by a further data connection 59 .
  • the user unit 59 can thus exchange data with the evaluation unit 54, i.e. data from the measuring units 48 processed by the evaluation unit 54 can be output or displayed via the user unit 58 and made available for further use.
  • the user unit 58 can also be connected directly to the evaluation unit 54 via a direct data connection 60 . Overall, it is thus possible to obtain measured values via sensors 38 attached to grounding contacts, not shown here, and to transmit these directly via the external data network 51, for example the Internet, to the evaluation unit 54 for storage and evaluation. Functional relationships of the data can thus be used, evaluated and interpreted. The results of these evaluations can be made available to an end user via the user unit 58 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Vehicle Cleaning, Maintenance, Repair, Refitting, And Outriggers (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs mit einem Erdungskontakt (20), einen Erdungskontakt und ein Überwachungssystem, wobei das Schienenfahrzeug den Erdungskontakt an einem Radsatz mit einer Achse und Rädern aufweist, wobei der Erdungskontakt mit einer Gehäuseeinheit (22), einer Kontaktvorrichtung (26) und einer Sensoreinrichtung (61) ausgebildet ist, wobei die Kontaktvorrichtung ein an einer Kontaktfläche einer Achse angeordnetes Kontaktstück (28) aufweist, wobei zwischen der Kontaktfläche und dem Kontaktstück ein elektrischer Schleifkontakt ausgebildet wird, wobei der Erdungskontakt eine Messeinheit mit einer Messvorrichtung (63) umfasst, wobei zumindest ein Sensor (65) einer Sensoreinrichtung (61) der Messvorrichtung an der Kontaktvorrichtung und/oder benachbart der Kontaktvorrichtung angeordnet ist, wobei mittels der Sensoreinrichtung ein Messwert der Kontaktvorrichtung erfasst wird, wobei mittels der Verarbeitungseinrichtung (62) der Messvorrichtung der Messwert verarbeitet und ein einen Betriebszustand des Radsatzes und/oder einer Fahrschiene beschreibender Kennwert bestimmt wird.

Description

Erdungskontakt und Verfahren zum Betrieb Die Erfindung betrifft einen Erdungskontakt und ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs, wobei das Schienenfahrzeug einen Erdungskontakt an einem Radsatz mit einer Achse und Rädern aufweist, wobei der Erdungskontakt mit einer Gehäuseeinheit, einer Kontaktvor richtung und einer Sensoreinrichtung ausgebildet ist, wobei die Kontakt- Vorrichtung ein an einer Kontaktfläche einer Achse angeordnetes Kon taktstück aufweist, wobei zwischen der Kontaktfläche und dem Kontakt stück ein elektrischer Schleifkontakt ausgebildet wird.
Derartige Erdungskontakte und Verfahren sind aus dem Stand der Tech nik hinreichend bekannt und werden regelmäßig an Achsen von Schie- nenfahrzeugen, insbesondere elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeu gen, verwendet. Erdungskontakte dienen zur Übertragung von elektri schen Strömen über eine Achse eines Radsatzes in eine Schiene. Die bekannten Erdungskontakte können an einer Axialseite einer Achse an dieser angeordnet und drehfest mit einer Achshalterung des Schienen- fahrzeugs bzw. relativ zur Axialseite mit dieser drehbar verbunden sein. Der Erdungskontakt umfasst ein Gehäuse mit einem axialseitig angeord neten, flanschartig ausgebildeten Gehäusedeckel bzw. eine Gehäuseabde- ckung, wobei innerhalb des Gehäuses Kontaktstücke aus Graphit mit der Achse bzw. entsprechenden Schleifringen oder Schleifscheiben zur Über tragung eines Stroms kontaktiert sind. Weiter ist es bekannt, an der Ge häuseabdeckung eine Sensoreinrichtung bzw. ein flanschartiges Sensor- gehäuse anzubringen. Die Gehäuseabdeckung weist eine Öffnung auf, durch die beispielsweise ein Drehgeber der Sensoreinrichtung durch Achsumdrehung generierte Signale erfassen kann. Diese Signale werden über ein Kabel an eine Fahrzeugsteuerung weitergeleitet, die daraus eine Achsdrehzahl, Impulse für eine Motorsteuerung oder eine Bremsanlage generiert. Der Sensor gibt demnach ein Signal an eine Fahrzeugsteuerung weiter, welche das Signal für Steuerungszwecke weiterverarbeitet. Ein derartiger Erdungskontakt ist beispielsweise aus der EP 2 423 068 Al bekannt.
Da die Kontaktstücke des Erdungskontaktes stets mit der Achse bzw. sich drehenden Bauteilen der Achse kontaktiert sind, verschleißen diese durch einen abrasiven Abrieb des Materials bzw. Graphits der Kontakt stücke. Es ist daher erforderlich Erdungskontakte regelmäßig zu warten, um eine Funktion des j eweiligen Erdungskontakts sicherstellen zu können. Diese Wartung erfolgt stets in einem Depot für Schienenfahrzeu- ge im Rahmen eines Wartungsintervalls, wobei eine teilweise Demontage der Gehäuseeinheit zur Inaugenscheinnahme der Kontaktstücke vorge nommen werden muss. So werden dann auch gegebenenfalls Kontakt stücke erneuert, die noch nicht vollständig verschlissen sind. Hieraus ergibt sich insgesamt ein erhöhter Aufwand für eine Wartung der Er- dungskontakte und einen Austausch der Kontaktstücke.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs sowie einen Erdungskontakt und ein Überwachungssystem mit einem Erdungskontakt vorzuschlagen, das bzw. der einen verbesserten Betrieb ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1, einen Erdungskontakt mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und ein Überwachungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 16 ge löst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahr zeugs ist das Schienenfahrzeug mit zumindest einem Erdungskontakt an einem Radsatz mit einer Achse und Rädern ausgebildet, wobei der Erdungskontakt mit einer Gehäuseeinheit, einer Kontaktvorrichtung und einer Sensoreinrichtung ausgebildet ist, wobei die Kontaktvorrichtung ein an einer Kontaktfläche einer Achse angeordnetes Kontaktstück aufweist, wobei zwischen der Kontaktfläche und dem Kontaktstück ein elektrischer Schleifkontakt ausgebildet wird, wobei der Erdungskontakt eine Messeinheit mit einer Messvorrichtung umfasst, wobei zumindest ein Sensor einer Sensoreinrichtung der Messvorrichtung an der Kontakt vorrichtung und/oder benachbart der Kontaktvorrichtung angeordnet ist, wobei mittels der Sensoreinrichtung ein Messwert der Kontaktvorrich tung erfasst wird, wobei mittels einer Verarbeitungseinrichtung der Messvorrichtung der Messwert verarbeitet und ein einen Betriebszustand des Radsatzes und/oder einer Fahrschiene beschreibender Kennwert bestimmt wird.
Der Erdungskontakt ist an dem Radsatz, welcher ein Laufradsatz, ein Treibradsatz oder ein Losradsatz mit einer oder mehreren Achsen sein kann, angeordnet. Die Achse bzw. die Achsen des Radsatzes weisen dabei jeweils zwei Räder auf, die auf einer Fahrschiene des Schienen fahrzeugs bzw. jeweils einer Schiene aufliegen und darauf abwälzen können. Der Erdungskontakt ist an der Achse angeordnet und weist innerhalb der Gehäuseeinheit die Kontaktvorrichtung mit zumindest einem Kontaktstück auf. Die Kontaktvorrichtung dient zur Halterung und zum elektrischen Anschluss des Kontaktstücks. Die Achse oder ein an der Achse angeordnetes Bauteil bildet die Kontaktfläche der Achse aus, welche relativ zu dem Kontaktstück drehbar ist. Mit dem Kontaktstück kann die Achse radial oder axial kontaktiert sein. Weiter kann die Kon- taktvorrichtung eine Mehrzahl von Kontaktstücken umfassen. Das Kon taktstück kann insbesondere aus Graphit ausgebildet sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nun vorgesehen, dass der Erdungskontakt eine Messeinheit mit einer Messvorrichtung umfasst, die ihrerseits eine Sensoreinrichtung mit zumindest einem Sensor aufweist. Der Sensor ist an der Kontaktvorrichtung und/oder benachbart der Kontaktvorrichtung angeordnet bzw. möglichst in der Nähe der Kontakt vorrichtung oder des Kontaktstücks, angebracht. Mittels der Sensorein richtung bzw. des Sensors wird ein Messwert der Kontaktvorrichtung bzw. des Kontaktstücks erfasst. Bei diesem Messwert handelt es sich um eine physikalische Messgröße die mit der Kontaktvorrichtung in einer direkten Wirkbeziehung steht und während eines Betriebs des Erdungs kontaktes veränderlich ist. Mittels der Verarbeitungseinrichtung wird nun der mit dem Sensor gemessene Messwert bzw. die Messgröße verar beitet und ein Kennwert bestimmt, der geeignet ist, einen Betriebszu stand des Erdungskontaktes und/oder der Fahrschiene zu beschreiben.
Der Kennwert kann ein parametrierter Wert, eine Kenngröße, eine Kennzahl oder ein Datensatz sein. Der Kennwert kann auch innerhalb eines Datensatzes enthalten sein. Insbesondere ist vorgesehen die Mess werte mittels der Verarbeitungseinrichtung digitaltechnisch zu verarbei ten, um so einen digital weiter verarbeitbaren Kennwert zu erhalten. Die Verarbeitungseinrichtung ist daher durch zumindest eine digitale elektro nische Schaltung ausgebildet, die analoge und/oder digitale Signale des Sensors verarbeiten kann. Die Verarbeitungseinrichtung kann beispiels weise auch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), ein integrier ter Schaltkreis (IC) oder ein Computer sein.
Dadurch dass die Verarbeitungseinrichtung den Kennwert bestimmt, der geeignet ist den Betriebszustand des Erdungskontaktes zu beschreiben, wird es möglich, den Betriebszustand des Erdungskontaktes, des Rad satzes und/oder der Fahrschiene zu bestimmen bzw. den Erdungskontakt zu überwachen. Da der Betriebszustand des Erdungskontaktes ganz wesentlich auch von einer Beschaffenheit bzw. einem Betriebszustand des Radsatzes und/oder der Fahrschiene abhängig ist, kann der Kennwert auch den Betriebszustand des Radsatzes und der Fahrschiene beschrei ben. Beispielsweise kann der Betriebszustand ein Verschleißzustand sein, so dass es dann möglich wird anhand des Kennwerts eine Aussage über den Verschleißzustand zu treffen. Insgesamt kann so gezielter eine Wartung des Erdungskontaktes, des Radsatzes und der Fahrschiene durchgeführt werden, ohne dass turnusmäßige Wartungsintervalle einge halten werden müssten. Insgesamt wird es so möglich einen Erdungskon- takt, einen Radsatz bzw. eine Fahrschiene kostengünstiger, und damit ein Schienenfahrzeug insgesamt wirtschaftlicher zu betreiben.
So kann als ein Messwert eine Drehzahl der Achse, eine Beschleunigung, eine Frequenz, eine Temperatur, eine Luftfeuchte, eine Kraft, eine Stromstärke, eine Spannung, eine Distanz, eine Masse und/oder eine Ortsposition kontinuierlich oder diskontinuierlich erfasst und verarbeitet werden. Mit der Drehzahl der Achse kann eine Fahrgeschwindigkeit oder eine Fahrstrecke des Schienenfahrzeugs gemessen werden. Dazu kann beispielsweise ein Drehgeber an der Achse oder ein anderer geeigneter Sensor verwendet werden. Eine Temperatur kann mit einem Temperatur- sensor an den Erdungskontakt bzw. direkt an der Gehäuseeinheit oder der Kontaktvorrichtung gemessen werden, so dass beispielsweise eine mögliche Überhitzung eines Lagers der Achse festgestellt werden kann. Eine Kraft kann mittels eines Dehnungsmessstreifens, eines Kraftsen sors, eines Drucksensors oder dergleichen ermittelt werden. Beispiels- weise kann dann eine Andruckkraft des Kontaktstücks gemessen werden. Eine Stromstärke bzw. eine Spannung ist mit einem Amperemeter bzw. einem Voltmeter als ein Sensor messbar. Beispielsweise kann dann ein über den Erdungskontakt abgeleiteter Strom bestimmt werden. Eine Ortsposition des Erdungskontaktes kann durch ein Satellitennavigations- System, beispielsweise GPS, leicht ermittelt werden. Der Messwert bzw. die Messwerte können kontinuierlich bzw. fortlaufend ermittelt oder verarbeitet werden. Auch ist es möglich den bzw. die Messwerte diskon- tinuierlich zu erfassen und zu verarbeiten, beispielsweise zu festgelegten Zeitpunkten oder bei bestimmten Anlässen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als ein Sensor zumindest ein Be schleunigungssensor verwendet wird, der dann an der Kontaktvorrich- tung, bevorzugt an dem Kontaktstück, angeordnet sein kann. Der Be schleunigungssensor bzw. Schwingungssensor kann zur Messung einer Eigenfrequenz und/oder Resonanzfrequenz des Kontaktstücks oder des gesamten Erdungskontakts verwendet werden. Beispielsweise kann mittels des Beschleunigungssensors eine Bewegung des Kontaktstücks an der Achse detektiert werden, wobei dann aus der Bewegung Rückschlüs se auf eine Gestalt der Fahrschiene oder eine Flachstelle an einem Radkranz des Rades gezogen werden können. So kann beispielsweise eine Einebenheit im Verlauf der Fahrschiene leicht ermittelt werden. Spezielle Messfahrten oder Vorort-Inspektionen der Fahrschiene zur Ermittlung derartiger Fehlstellen sind dann nicht mehr erforderlich. Weiter bewirkt eine Änderung des Kontaktstücks in Folge von Ver schleiß bzw. Abrieb an der Achse eine Veränderung der Eigenfrequenz und/oder Resonanzfrequenz des Kontaktstücks. Hieraus kann sich ein Unterschied zwischen einem neuen und einem verschlissenen Kontakt- stück ergeben. Da das Kontaktstück während der Fahrt des Schienenfahr zeugs regelmäßig mit der Achse kontaktiert ist kann die Verarbeitungs einrichtung aus einer Veränderung der Eigenfrequenz und/oder Reso nanzfrequenz des Kontaktstücks eine Veränderung des Kontaktstücks ableiten. Beispielsweise könnten in der Verarbeitungsvorrichtung Eigen- frequenzen und/oder Resonanzfrequenzen von neuen und verschlissenen Kontaktstücken gespeichert sein, wobei die Verarbeitungsvorrichtung einen Vergleich durchführen und ohne weitere Berechnungen einen Verschleißzustand bzw. einen Verbrauch des Kontaktstücks ermitteln kann. Dieser Verschleiß kann dann in Form des Kennwerts ausgegeben werden. Darüber hinaus kann eine Beschädigung des Kontaktstücks einfach ermittelt werden. Die Verarbeitungseinrichtung kann die Messwerte von Sensoren und/oder die Kennwerte in regelmäßigen Zeitabständen, bei einer Änderung oder kontinuierlich erfassen und speichern. Demnach kann vorgesehen sein, dass die Messwerte und/oder die Kennwerte nur dann erfasst und gespei chert werden, wenn sich die Werte verändern, um eine Menge an Daten gering zu halten. Alternativ ist es möglich eine kontinuierliche d.h. fortlaufende Erfassung und Speicherung vorzusehen. Durch das Spei chern der Messwerte und/oder Kennwerte wird es möglich eine Verarbei tung auch noch nach einer Erfassung durchzuführen. Beispielsweise kann dann während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs eine Erfassung von Messwerten erfolgen, wobei erst während einer Wartung des Schienen fahrzeugs in einem Depot die Bestimmung des bzw. der Kennwerte durchgeführt werden kann. Zum Beispiel kann so ein Zustand einer Fahrschiene entlang einer Fahrtstrecke des Schienenfahrzeugs nach einer Fahrt bestimmt werden.
Die Messvorrichtung kann die Messwerte und/oder Kennwerte an eine Auswerteeinheit übermitteln, wobei die Messwerte und/oder Kennwerte in einer Datenbank der Auswerteeinheit gespeichert und/oder mittels einer Auswertevorrichtung der Auswerteeinheit weiterverarbeitet werden können. Die Auswerteeinheit kann folglich die Datenbank und die Auswertevorrichtung umfassen. Die Auswerteeinheit kann daher zur Sammlung und Weiterverarbeitung der Messwerte und/oder Kennwerte dienen und durch einen Computer ausgebildet sein. Beispielsweise kann mit der Auswertevorrichtung ein Ergebnis einer Auswertung einer Bedienperson angezeigt oder ausgegeben werden. Die Auswerteeinheit kann einen Funktionsumfang aufweisen, der über den Funktionsumfang der Verarbeitungseinrichtung hinausgeht. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich die Verarbeitungseinrichtung in der Auswerteeinheit zu integrie ren und umgekehrt. Prinzipiell kann eine derartige Auswerteeinheit auch unabhängig von dem Erdungskontakt als eine Baugruppe des Schienen fahrzeugs vorhanden sein. Mittels einer Übermittlungseinrichtung der Messvorrichtung können über eine Datenverbindung die Messwerte und/oder Kennwerte der Messvor richtung zu der Auswerteeinheit übermittelt werden, wobei die Auswer teeinheit von der Messeinheit örtlich beabstandet angeordnet oder in der Messeinheit integriert sein kann. Wenn die Steuervorrichtung bzw. die Auswerteeinheit in der Messeinheit integriert ist kann die Datenverbin dung einfach durch eine Leitungsverbindung ausgebildet sein. Dann ist es auch möglich Teile der Messvorrichtung, wie die Verarbeitungsein richtung und die Steuervorrichtung sowie auch die Auswerteeinheit an anderer Stelle am Schienenfahrzeug zu verbauen, beispielsweise an einem Fahrstand. Bei der Übermittlung der Messwerte und/oder Kenn werte kann ein Datenaustausch, beispielsweise auf Basis eines Übermitt lungsprotokolls, erfolgen. Die Datenverbindung kann kontinuierlich, in regelmäßigen Abständen oder ereignisbasiert hergestellt werden. Insge samt wird es so möglich von der Messvorrichtung gesammelte Daten zu sammeln und auszuwerten. Vielfältige Möglichkeiten zur Auswertung eröffnen dann eine Analyse bestimmter Zustände und Ereignisse, womit ein Betrieb des Erdungskontaktes, des Radsatzes und der Fahrschiene bzw. des Schienenfahrzeugs optimiert werden kann.
Die Datenverbindung kann über ein externes Datennetzwerk ausgebildet werden. Die Datenverbindung kann dabei über ein Mobilfunknetz,
WLAN, eine Satellitenverbindung, das Internet oder einen anderen beliebigen Funkstandard für sich alleine oder in Kombination ausgebil det werden. Wenn die Auswerteeinheit von der Messeinheit örtlich beabstandet angeordnet ist, kann diese auch außerhalb des Schienenfahr zeugs, fernab von dem Schienenfahrzeug stationär, beispielsweise in einem Gebäude, angeordnet sein. Insbesondere wird es dadurch möglich eine Funktion des Erdungskontaktes und des Radsatzes an dem Schienen fahrzeug zu überwachen, ohne dass an dem Schienenfahrzeug selbst diese Aufgabe durch eine Person durchgeführt werden müsste. Mittels einer Nutzereinheit kann eine Datenverbindung zu der Auswerte einheit und/oder der Messeinheit ausgebildet werden, wobei die Mess werte und/oder Kennwerte an die Nutzereinheit übermittelt und ausgege ben werden können. Die Nutzereinheit kann ein Computer sein, der unab hängig von der Auswerteeinheit und/oder der Messeinheit ist. Dieser Computer kann ein stationärer Computer, ein Mobilfunkgerät oder dergleichen sein, mit dem sich eine weitere Datenverbindung zum Daten austausch mit der Auswerteeinheit und/oder der Messeinheit hersteilen lässt. Der Datenaustausch kann beispielsweise über ein externes Daten netzwerk, wie das Internet, erfolgen. So könnten mit der Auswerteeinheit aufbereitete Daten bzw. mit der Auswertevorrichtung weiterverarbeitete Messwerte und/oder Kennwerte einem weiteren Nutzerkreis zur Verfü gung gestellt werden. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise durch einen Server mit einer Software ausgebildet sein, die die in der Daten bank der Auswerteeinheit enthaltenen Informationen der Nutzereinheit übermittelt. Diese Übermittlung kann durch die Bereitstellung einer Internetseite mit ausgewählten Informationen, beispielsweise einem aktuellen Verschleißzustand des Kontaktstücks, bestehen.
Die Verarbeitungseinrichtung oder die Auswerteeinheit kann einen zeitlichen Verlauf der Messwerte und/oder Kennwerte auswerten und einen Verschleißzustand des Kontaktstücks, des Radsatzes und/oder der Fahrschiene unter Berücksichtigung einer für den Verschleiß relevanten zeitabhängigen Komponente und/oder einer messgrößenabhängigen Komponente bestimmen. So kann nicht nur eine Aussage über einen aktuellen Verschleißzustand getroffen werden, sondern es kann auch näherungsweise bestimmt werden, zu welchem Zeitpunkt beispielsweise ein Kontaktstück oder ein Rad voraussichtlich verschlissen sein wird. Dadurch wird es möglich ein Wartungsintervall für den Erdungskontakt oder andere Bauteile des Radsatzes genau festzulegen und zeitlich zu optimieren. Darüber hinaus kann über den zeitlichen Verlauf auch festgestellt werden, zu welchem Zeitpunkt bestimmte Ereignisse einge treten sind. Treten Ereignisse widerholt auf, kann hieraus eine Systema- tik abgeleitet werden. Beispielsweise kann bei einem Befahren eines be stimmten Streckenabschnitts ein schlechterer Zustand einer Fahrschiene oder ein erhöhter Verschleiß festgestellt werden.
Mittels der Sensoreinrichtung kann eine Schwingung des Kontaktstücks erfasst werden, wobei die Verarbeitungseinrichtung eine Eigenfrequenz und/oder eine Resonanzfrequenz des Kontaktstücks und/oder der Achse bestimmen kann, wobei die Verarbeitungseinrichtung oder die Auswerte einheit einen Verschleißzustand des Kontaktstücks, des Radsatzes und/oder der Fahrschiene bestimmen kann. Bei einem Verschleiß des Kontaktstücks kann eine Gestalt, insbesondere eine Höhe des Kontakt stücks verändert werden, wobei die Veränderung der Gestalt die Eigen frequenz und/oder die Resonanzfrequenz des Kontaktstücks verändern kann. Mittels der Verarbeitungseinrichtung kann aus der Eigenfrequenz und/oder der Resonanzfrequenz ein Verschleißgrad des Kontaktstücks und/oder der Achse bestimmt werden. Wird die Eigenfrequenz und/oder die Resonanzfrequenz mit einem zunehmenden Abrieb von Kohlenstoff des Kontaktstücks bzw. eines Bauteils der Achse verändert, kann aus dieser Veränderung ein Rückschluss auf einen Verschleißgrad des Kon taktstücks und/oder der Achse gezogen werden. So kann nicht nur festge stellt werden, ob das Kontaktstück neu, oder vollständig verschlissen ist, sondern auch inwieweit das Kontaktstück verbraucht ist.
Die Verarbeitungseinrichtung oder die Auswerteeinheit kann eine Mus teranalyse der über einen Zeitraum gespeicherten Messwerte und/oder Kennwerte durchführen und aus der Musteranalyse eine Kennzahl ablei ten. Es kann auch vorgesehen sein die Musteranalyse mittels künstlicher Intelligenz durchzuführen. Die Verarbeitungseinrichtung oder die Aus werteeinheit kann die Messwerte unterschiedlicher Sensoren und/oder Kennwerte zueinander in Beziehung setzen und funktionale Abhängigkei ten der Messwerte und/oder Kennwerte ableiten. So können dann funk tionale Abhängigkeiten der Sensoren untereinander untersucht werden. Beispielsweise können Vibrationen oder Schwingungen im Bezug zu einer Temperatur gesetzt und möglicherweise so festgestellt werden, dass ein Lager der Achse beschädigt ist. So können auch eine Reihe weiterer Betriebszustände und Ereignisse in Folge funktionaler Abhängigkeiten erkannt und interpretiert werden, beispielsweise Beladungszustände des Schienenfahrzeugs bzw. der j eweiligen Wagen, Steigungen und Kurven der Fahrschiene, ein Verschleiß des Kontaktstücks in Folge mechani scher Reibung an der Achse oder an deren Bauteilen, Streckenabschnitte einer Fahrschiene mit besonders unruhigen Laufeigenschaften der Achse und damit mit besonders hohem oder besonders niedrigem Verschleiß, eine Verschleißrate in Abhängigkeit eines Fahrverhaltens, wie beispiels weise Beschleunigung oder Stillstand des Schienenfahrzeugs, Schäden an Bauteilen des Radsatzes, der Achse, der Räder, an Lagern und an der Kontaktvorrichtung, eine Stromableitung über den Erdungskontakt und sich daraus ergebenden Fehler an Bauteilen, ein Zustand von Verschleiß komponenten des Radsatzes, wie beispielsweise Lager, Gelenke, struktu relle Elemente, ein Verlust von Bauteilen, beispielsweise in Folge eines Aufpralls auf ein Hindernis, sowie eine Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs. Auf diese zuvor beispielhaft genannten Zustände und Ereignisse kann entsprechend durch Instandhaltungsmaßnahmen, eine Anpassung des Fahrverhaltens des Schienenfahrzeugs oder andere geeignete Maßnahmen reagiert werden.
Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass mit der Verarbeitungseinrichtung oder der Auswerteeinheit Signale bzw. Messwerte von nicht dem Er dungskontakt zugehörigen Sensoren und/oder Kennwerte mit Signalen bzw. Messwerten von den dem Erdungskontakt zugehörigen Sensoren und/oder Kennwerte zueinander in Beziehung setzt. Beispielsweise durch eine ergänzende Berücksichtigung von Signalen bzw. Messwerten und/oder Kennwerten von Sensoren eines Stromabnehmers für eine Stromschiene, eines Dachstromabnehmers, einer Spurkranzschmierung, einer Wellenerdung, etc.. Mittels eines Positionssensors der Sensoreinrichtung kann eine Ortsposi tion des Erdungskontaktes bestimmt werden, wobei die Ortsposition den Kennwerten zugeordnet werden kann, wobei die Auswerteeinheit einen Verschleißzustand der Fahrschiene bestimmen kann. Der Positionssensor kann beispielsweise über Satellitennavigation eine Position des Erdungs kontaktes und damit des Fahrzeugs bestimmen. So kann unter anderem festgestellt werden, an welchem Punkt einer Fahrstrecke ein bestimmter Messwert eines anderen Sensors der Sensoreinrichtung erfasst wurde. Hierdurch lässt sich einem Ereignis bzw. Messwert die betreffende Ortsposition zuordnen. Darüber hinaus ist es möglich mittels der Aus werteeinheit den Verschleißzustand der Fahrschiene zu bestimmen, beispielsweise über eine Auswertung von von den Rädern übertragenen Schwingungen der Kontaktvorrichtung bzw. des Kontaktstücks entlang der Fahrschiene. So kann die Kontaktvorrichtung ein verändertes Schwingungsverhalten aufweisen, wenn die Fahrschiene stark verschlis sen ist. Auch können Absätze, Einebenheiten und Bögen an der Fahr schiene ermittelt und einer Position an der Fahrstrecke zugeordnet werden. Hierüber kann Einfluss auf eine Geschwindigkeit des Schienen fahrzeugs in den so lokalisierten Fahrabschnitten der Fahrtstrecke genommen werden.
Die Auswerteeinheit kann Kennwerte von Messeinheiten mehrere Er dungskontakte verarbeiten. So kann die Auswerteeinheit Kennwerte mehrerer an einem einzelnen Schienenfahrzeug bzw. einem Radsatz angeordnete Erdungskontakte verarbeiten. Durch einen Vergleich der Kennwerte der Erdungskontakte kann eine Genauigkeit einer Messung bzw. einer Überwachung weiter erhöht werden. Darüber hinaus können mit der Auswerteeinheit Kennwerte von Erdungskontakten verarbeitet werden, die an unterschiedlichen Schienenfahrzeugen angeordnet sind. Auch hierdurch kann eine Genauigkeit von Messungen und Überwachun- gen der Schienenfahrzeuge bzw. der j eweiligen Fahrschienen wesentlich verbessert werden. Elnter anderem kann so ein aktuelles und sich ständig veränderndes Zustandsbild über ein Streckennetz und die darauf verkeh- renden Schienenfahrzeuge gewonnen werden. Eine daraus resultierende Optimierung eines Betriebszustandes kann die Betriebskosten wesentlich verringern. Auch ist eine regelmäßige und häufige Überprüfung der In frastruktur und der Schienenfahrzeuge nicht mehr vollumfänglich erfor- derlich und eine Fahrzeugsicherheit während eines Betriebes wird we sentlich erhöht. Auch kann auf eine Durchführung spezieller Messfahrten verzichtet werden.
Der erfindungsgemäße Erdungskontakt für eine Achse eines Radsatzes eines Schienenfahrzeugs ist mit einer Gehäuseeinheit, einer Kontaktvor- richtung und einer Sensoreinrichtung ausgebildet, wobei die Kontaktvor richtung ein an einer Kontaktfläche der Achse angeordnetes Kontakt stück aufweist, wobei zwischen der Kontaktfläche und dem Kontaktstück ein elektrischer Schleifkontakt ausbildbar ist, wobei der Erdungskontakt eine Messeinheit mit einer Messvorrichtung umfasst, wobei zumindest ein Sensor einer Sensoreinrichtung der Messvorrichtung an der Kontakt vorrichtung und/oder benachbart der Kontaktvorrichtung angeordnet ist, wobei mittels der Sensoreinrichtung ein Messwert der Kontaktvorrich tung erfassbar ist, wobei mittels einer Verarbeitungseinrichtung der Messvorrichtung der Messwert verarbeitbar und ein einen Betriebszu- stand des Radsatzes und/oder einer Fahrscheine beschreibender Kennwert bestimmbar ist. Die Vorteile den erfindungsgemäßen Erdungskontakt betreffend wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen. Die Gehäuseeinheit kann aus einem Gehäusekor pus und einer Gehäuseabdeckung gebildet sein. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen eines Erdungskontaktes ergeben sich aus den Merk malsbeschreibungen der auf den Verfahrensanspruch 1 zurückbezogenen Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Überwachungssystem umfasst zumindest ein Schienenfahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Erdungskon- takt. Das Überwachungssystem kann eine Mehrzahl von Messeinheiten und ei ne Auswerteeinheit zur Verarbeitung von Messwerten und/oder Kennwer ten der Messeinheiten mehrerer Erdungskontakte umfassen. Wie zuvor bereits beschrieben wird es dadurch möglich mit einer einzelnen Auswer- teeinheit mehrere Erdungskontakte eines Schienenfahrzeugs oder mehre re Schienenfahrzeuge mit Erdungskontakten zu überwachen.
Das Überwachungssystem kann folglich eine Mehrzahl von Schienenfahr zeugen mit jeweils zumindest einem Erdungskontakt umfassen. Auch kann vorgesehen sein, dass die Schienenfahrzeuge jeweils eine Mehrzahl von Erdungskontakten aufweisen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen eines Überwachungssystems ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Verfahrensan spruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Erdungskontaktes an ei nem Schienenfahrzeug in einer Seitenansicht;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Erdungskontaktes an ei nem Schienenfahrzeug in einer Schnittansicht;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Messeinheit;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Überwachungssystems.
Die Fig. 1 zeigt einen Erdungskontakt 10 an einer Achse 11 eines hier nur abschnittsweise dargestellten Schienenfahrzeugs 12. Die Achse 11 weist zwei Räder 13 auf, die jeweils auf einer Fahrschiene 14 abrollen können. An einem axialen Ende 15 der Achse 11 ist eine Lagervorrich- tung 16 zur drehbeweglichen Lagerung der Achse 1 1 angeordnet. An der Lagervorrichtung 16 ist die Achse 11 mit einer Dämpfungsvorrichtung 17 mit einem Rahmen 18 eines Radsatzes 19 des Schienenfahrzeugs 12 ver bunden. Der Erdungskontakt 10 ist an der Lagervorrichtung 16 ange flascht.
Die Fig 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Erdungskontaktes 20 an einer hier nicht näher dargestellten Achse eines Schienenfahrzeugs. Eine axiale Endkappe 21 der Achse ist hier mit einer strichpunktierten Linie dargestellt. Weiter ist ein Lagerbock der Achse, mit dem der Erdungs kontakt 20 verschraubt ist, zu einer Vereinfachung der Darstellung hier ebenfalls nicht gezeigt. Der Erdungskontakt 20 umfasst eine Gehäuseein heit 22, welche alleine aus einem Gehäusekorpus 23 und einer Gehäu seabdeckung 24 gebildet ist. Weiter ist eine Kontaktvorrichtung 26 des Erdungskontaktes 20 hier aus einer Kontaktscheibe 27 und aus im We sentlichen aus Graphit bestehenden Kontaktstücken 28 gebildet. Die Kontaktstücke 28 sind in einer Kontaktstückhalterung 29 aufgenommen und werden jeweils mit einer Federvorrichtung 30 zur Ausbildung eines elektrischen Schleifkontaktes an die Kontaktscheibe 27 gepresst. Die Kontaktstücke 28 sind weiter mittels Litzen 31 elektrisch mit der Kon taktstückhalterung 29 verbunden, wobei an der Kontaktstückhalterung 29 ein Anschlussstück 32 mit einem Kabel 33, welches den Erdungskontakt 20 elektrisch im Allgemeinen bekannterweise mit einem Motor verbin det, verbunden ist.
Innerhalb der Gehäuseabdeckung 24 ist eine Sensoreinrichtung 61 angeordnet, die einen hier nicht näher dargestellten Beschleunigungssen sor aufweist. Der Beschleunigungssensor, oder ein anderer geeigneter Sensor, kann an der Gehäuseeinheit 22 oder der Kontaktvorrichtung 26 bzw. dem Erdungskontakt 20 angeordnet sein. Für den Beschleunigungs sensor gewonnene Signale werden von einer Verarbeitungseinrichtung 62 einer Messvorrichtung 63 innerhalb der Gehäuseabdeckung 24 weiterver arbeitet und über eine Übermittlungseinrichtung 64 in ein hier nicht dargestelltes externes Netzwerk gesendet. Weiter umfasst die Sensorein richtung 61 einen Temperatursensor 65, der hier an den Gehäusekorpus 23 angeordnet ist.
Die Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Messeinheit 34. Die Messeinheit 34 ist aus einer Messvorrichtung 35 gebildet und umfasst weiter eine Auswerteeinheit 36. Die Messvor richtung 35 umfasst ihrerseits eine Sensoreinrichtung 37 mit einer Mehrzahl von Sensoren 38 und eine Verarbeitungseinrichtung 39. Dar über hinaus ist eine Versorgungseinrichtung 40 vorgesehen mittels der die Messvorrichtung 35 mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Versorgungseinrichtung 40 kann ein Energiespeicher, ein Generator oder eine externe Energieversorgung, beispielsweise über ein Schienenfahr zeug oder einen abgeleiteten Strom, sein. Die Auswerteeinheit 36 weist eine Datenbank 41 und eine Auswertevorrichtung 42 auf und empfängt Daten bzw. Messwerte und/oder Kennwerte von der Verarbeitungsein richtung 39. Die Verarbeitungseinrichtung 39 erhält Messwerte von dem Sensor 38 der Sensoreinrichtung 37 und verarbeitet diese. Die Messwerte betreffen Betriebsparameter bzw. physikalische Messgrößen einer Kon taktvorrichtung eines hier nicht dargestellten Erdungskontaktes in Art der in den Fig. 1 und 2 beispielshaft dargestellten Erdungskontakten. Die Verarbeitungseinrichtung 39 verarbeitet die Messwerte derart, dass ein einen Betriebszustand des betreffenden Stromabnehmers und/oder einer Stromschiene beschreibender Kennwert ermittelt wird. Die jeweils ermittelten Kennwerte werden fortlaufend oder sukzessive von der Verarbeitungseinrichtung 39 an die Auswerteeinheit 36 übermittelt und dort in der Datenbank 41 gespeichert bzw. mit der Auswertevorrichtung 42 weiterverarbeitet bzw. aufbereitet.
Die Fig. 4 zeigt ein Überwachungssystem 47 mit einer Messeinheit 48. Das Überwachungssystem 47 kann eine Mehrzahl von Messeinheiten 48 aufweisen. Die Messeinheit 48 weist im Einterschied zu der Messeinheit aus Fig. 3 eine Messvorrichtung 49 auf, die eine Übermittlungseinrich- tung 50 umfasst. Die Übermittlungseinrichtung 50 empfängt von der Ver arbeitungseinrichtung 39 Daten bzw. Messwerte und/oder Kennwerte. Weiter besteht zwischen der Übermittlungseinrichtung 50 und einem ex ternen Datennetzwerk 51 eine Datenverbindung 52 mit der über Funksi- gnale Messwerte und/oder Kennwerte übermittelt werden. Über eine weitere Datenverbindung 53 ist eine Auswerteeinheit 54 mit einer Daten bank 55 und einer Auswertevorrichtung 56 an das externe Datennetzwerk
51 angeschlossen und tauscht über das externe Datennetzwerk 51 mit der Übermittlungseinrichtung 50 Daten bzw. Messwerte und/oder Kennwerte aus. Prinzipiell ist es auch möglich über eine direkte Datenverbindung
52 unter Umgehung des externen Datennetzwerks 51 diese Daten direkt auszutauschen. Darüber hinaus ist eine Nutzereinheit 58 vorgesehen, die mit einer weiteren Datenverbindung 59 mit dem externen Datennetzwerk 51 verbunden ist. Die Nutzereinheit 59 kann so Daten mit der Auswerte- einheit 54 austauschen, d.h. von der Auswerteeinheit 54 aufbereitete Daten der Messeinheiten 48 können über die Nutzereinheit 58 ausgege ben bzw. dargestellt und zur weiteren Nutzung zur Verfügung gestellt werden. Die Nutzereinheit 58 kann auch über eine direkte Datenverbin dung 60 mit der Auswerteeinheit 54 direkt verbunden sein. Insgesamt wird es so möglich über an hier nicht dargestellten Erdungskontakten befestigten Sensoren 38 Messwerte zu gewinnen und diese unmittelbar über das externe Datennetzwerk 51, beispielsweise das Internet, an die Auswerteeinheit 54 zur Speicherung und Auswertung zu übergeben. Funktionale Zusammenhänge der Daten können so genutzt, ausgewertet und interpretiert werden. Die Ergebnisse dieser Auswertungen können über die Nutzereinheit 58 einem Endanwender zur Verfügung gestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs (12), wobei das Schienenfahrzeug einen Erdungskontakt (10, 20) an einem Radsatz (19) mit einer Achse (11) und Rädern (13) aufweist, wobei der Er dungskontakt mit einer Gehäuseeinheit (22), einer Kontaktvorrich tung (26) und einer Sensoreinrichtung (37, 61) ausgebildet ist, wobei die Kontaktvorrichtung ein an einer Kontaktfläche einer Achse ange ordnetes Kontaktstück (28) aufweist, wobei zwischen der Kontaktflä che und dem Kontaktstück ein elektrischer Schleifkontakt ausgebildet wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Erdungskontakt eine Messeinheit (34, 48) mit einer Mess vorrichtung (49, 63) umfasst, wobei zumindest ein Sensor (38, 65) einer Sensoreinrichtung (37, 61) der Messvorrichtung an der Kon taktvorrichtung und/oder benachbart der Kontaktvorrichtung angeord net ist, wobei mittels der Sensoreinrichtung ein Messwert der Kon taktvorrichtung erfasst wird, wobei mittels einer Verarbeitungsein richtung (39, 62) der Messvorrichtung der Messwert verarbeitet und ein einen Betriebszustand des Radsatzes und/oder einer Fahrschiene (14) beschreibender Kennwert bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass als ein Messwert eine Drehzahl, eine Beschleunigung, eine Fre quenz, eine Temperatur, eine Luftfeuchte, eine Kraft, eine Stromstär- ke, eine Spannung, eine Distanz, eine Masse und/oder eine Ortsposi tion kontinuierlich oder diskontinuierlich erfasst und verarbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass als ein Sensor (38, 65) zumindest ein Beschleunigungssensor verwendet wird, der an der Kontaktvorrichtung (26) , bevorzugt an dem Kontaktstück (28), angeordnet ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Verarbeitungseinrichtung (39, 62)die Messwerte von Senso ren (38, 65) und/oder die Kennwerte in regelmäßigen Zeitabständen, bei einer Änderung oder kontinuierlich erfasst und speichert.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Messvorrichtung (49, 63) die Messwerte und/oder Kennwerte an eine Auswerteeinheit (36, 54) übermittelt, wobei die Messwerte und/oder Kennwerte in einer Datenbank (41, 55) der Auswerteeinheit gespeichert und/oder mittels einer Auswertevorrichtung (42, 56) der Auswerteeinheit weiter verarbeitet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass mittels einer Übermittlungseinrichtung (50, 64) der Messvor richtung (49, 63) über eine Datenverbindung (52, 53, 57, 60) die Messwerte und/oder Kennwerte der Messvorrichtung (49, 63) zu der Auswerteinheit (36, 54) übermittelt werden, wobei die Auswerteein heit von der Messeinheit ( 34, 48) örtlich beabstandet angeordnet oder in der Messeinheit integriert ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Datenverbindung (52, 53, 57, 60) über ein externes Daten netzwerk (51) ausgebildet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass mittels einer Nutzereinheit (58) eine Datenverbindung (52, 53, 57, 60) zu der Auswerteeinheit (36, 54) und/oder der Messeinheit (34, 48) ausgebildet wird, wobei die Messwerte und/oder Kennwerte an die Nutzereinheit übermittelt und ausgegeben werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Verarbeitungseinrichtung (39, 62) oder die Auswerteeinheit (36, 54) einen zeitlichen Verlauf der Messwerte und/oder Kennwerte auswertet und einen Verschleißzustand des Kontaktstücks (28), des Radsatzes (19) und/oder der Fahrschiene (14) unter Berücksichtigung einer für den Verschleiß relevanten zeitabhängigen Komponente und/oder einer messgrößenabhängigen Komponente bestimmt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass mittels der Sensoreinrichtung (37, 61) eine Schwingung des
Kontaktstücks (28) erfasst wird, wobei die Verarbeitungseinrichtung (39, 62) eine Eigenfrequenz und/oder eine Resonanzfrequenz des Kontaktstücks und/oder der Achse (11) bestimmt, wobei die Verar- beitungseinrichtung oder die Auswerteeinheit (36, 54) einen Ver schleißzustand des Kontaktstücks, des Radsatzes (19) und/oder der Fahrschiene bestimmt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verarbeitungseinrichtung (39, 62) oder die Auswerteeinheit (36, 54) eine Musteranalyse der über einen Zeitraum gespeicherten Messwerte und/oder Kennwerte durchführt und aus der Musteranalyse eine Kennzahl ableitet.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Verarbeitungseinrichtung (39, 62) oder die Auswerteeinheit (36, 54) die Messwerte unterschiedlicher Sensoren (38, 65) und/oder Kennwerte zueinander in Beziehung setzt und funktionale Abhängig- keiten der Messwerte und/oder Kennwerte ableitet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass mittels eines Positionssensors der Sensoreinrichtung (37, 61) eine Ortsposition des Erdungskontaktes (10, 20) bestimmt wird, wo- bei die Ortsposition den Kennwerten zugeordnet wird, wobei die
Auswerteeinheit (36, 54) einen Verschleißzustand der Fahrschiene (14) bestimmt.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Auswerteeinheit (36, 54) Kennwerte von Messeinheiten (34,
48) mehrerer Erdungskontakte (10, 20) verarbeitet.
15. Erdungskontakt (10, 20) für eine Achse (11) eines Radsatzes (19) ei nes Schienenfahrzeugs (12), wobei der Erdungskontakt mit einer Ge häuseeinheit (22), einer Kontaktvorrichtung (26) und einer Sensor einrichtung (37, 61) ausgebildet ist, wobei die Kontaktvorrichtung ein an einer Kontaktfläche der Achse angeordnetes Kontaktstück (28) aufweist, wobei zwischen der Kontaktfläche und dem Kontaktstück ein elektrischer Schleifkontakt ausbildbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass der Erdungskontakt eine Messeinheit (34, 48) mit einer Mess- Vorrichtung (49, 63) umfasst, wobei zumindest ein Sensor (38, 65) einer Sensoreinrichtung (37, 61) der Messvorrichtung an der Kon taktvorrichtung und/oder benachbart der Kontaktvorrichtung angeord net ist, wobei mittels der Sensoreinrichtung ein Messwert der Kon taktvorrichtung erfassbar ist, wobei mittels einer Verarbeitungsein- richtung (39, 62) der Messvorrichtung der Messwert verarbeitbar und ein einen Betriebszustand des Radsatzes und/oder einer Fahrschiene (14) beschreibender Kennwert bestimmbar ist.
16. Überwachungssystem (47) mit zumindest einem Schienenfahrzeug (12) mit zumindest einem Erdungskontakt (10, 20) nach Anspruch 15.
17. Überwachungssystem nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass das Überwachungssystem (47) eine Mehrzahl von Messeinheiten (38, 48) und eine Auswerteinheit (36, 54) zur Verarbeitung von Messwerten und/oder Kennwerten der Messeinheiten mehrerer Er- dungskontakte (10, 20) umfasst.
18. Überwachungssystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass das Überwachungssystem (47) eine Mehrzahl von Schienenfahr- zeugen (12) mit j eweils zumindest einem Erdungskontakt (10, 20) umfasst.
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