EP4431365B1 - Drehgeber zur störstellendetektion sowie zug mit einem drehgeber - Google Patents

Drehgeber zur störstellendetektion sowie zug mit einem drehgeber Download PDF

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EP4431365B1
EP4431365B1 EP23162540.1A EP23162540A EP4431365B1 EP 4431365 B1 EP4431365 B1 EP 4431365B1 EP 23162540 A EP23162540 A EP 23162540A EP 4431365 B1 EP4431365 B1 EP 4431365B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acceleration
rotary encoder
rail
signal
wheel
Prior art date
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Active
Application number
EP23162540.1A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP4431365C0 (de
EP4431365A1 (de
Inventor
Michael Hohl
Lukas Itin
Marc Bo Hartmann
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.)
Baumer Electric AG
Original Assignee
Baumer Electric AG
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Filing date
Publication date
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Priority to ES23162540T priority patent/ES3020519T3/es
Priority to DE102024106537.0A priority patent/DE102024106537A1/de
Publication of EP4431365A1 publication Critical patent/EP4431365A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4431365C0 publication Critical patent/EP4431365C0/de
Publication of EP4431365B1 publication Critical patent/EP4431365B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/026—Relative localisation, e.g. using odometer
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a rotary encoder for a rotating rail wheel.
  • the present invention relates to a train according to claim 12.
  • Rotary encoders for detecting a rotational movement of a rail wheel rotating on a rail section are well known, e.g. from US 2012/259487 A1 .
  • Such rotary encoders are used to detect a rotational movement of the rail wheel or a wheel axle comprising two rail wheels and generate an analog or digital rotational position signal that represents the rotational movement of the rail wheel.
  • the rotational direction and the rotational acceleration acting on the rail wheel can also be determined in real time from the rotational position signal.
  • the rotational position signal is often fed into a control loop in order to specifically influence the rotational movement via a drive unit according to a setpoint specification.
  • a disadvantage of known rotary encoders is that faults in the rail wheel and/or in the rail section cannot be detected, which is why the rail wheels have to be measured on a test bench using separate measuring technology.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages known from the prior art.
  • the object of the present invention is to provide a rotary encoder which, in addition to exclusively detecting a rotary movement of a rail wheel that can rotate on a rail section, can also make a statement about the state and/or condition of the rail wheel and/or the rail section.
  • the object of the present invention is also to provide a train that includes a corresponding rotary encoder in order to detect the state and/or condition of a rail wheel of the train and/or a rail section on which the train runs when the rail wheel is rotating, i.e. when the train is running.
  • the present invention relates to a rotary encoder for detecting an acceleration that acts on a rail wheel independently of a possible rotational movement of the rail wheel, in particular on the wheel center.
  • the rotary encoder is designed to detect the acceleration acting on a rail wheel independently of a rotational movement of the rail wheel on a rail section.
  • Such an acceleration is generated in particular by a force acting on the rail wheel, which acts in the vertical direction and/or along the vertical and is thus aligned orthogonal to a horizontal direction and/or the horizontal.
  • the rotary encoder comprises rotation detection means which are designed and/or arranged such that the rotational movement of the rail wheel and/or of a wheel axle comprising two rail wheels can be detected by at least one rotational position signal.
  • the rotary encoder comprises acceleration detection means which are designed such that an acceleration acting on the rail wheel independently of the rotational movement, which preferably acts on the wheel center and particularly preferably in the vertical direction, can be detected by at least one acceleration signal.
  • the acceleration detection means are designed to detect a force acting in the vertical direction and/or along a vertical axis, which acts on the wheel center and results in an acceleration of the wheel center in the vertical direction.
  • the rotary encoder comprises fault detection means which are designed such that the at least one acceleration signal can be monitored for at least one abnormality in order to detect a fault in the rail wheel and/or in the rail section.
  • an abnormality can be formed by a transient signal peak, i.e. a short-term signal deflection, in the acceleration signal.
  • An abnormality can also be formed by a positive and/or negative increase in the amplitude of the acceleration signal and/or by a directed and/or pulse-like acceleration.
  • an abnormality can be It can be a single signal peak or several, particularly high-frequency and/or immediately consecutive, signal peaks.
  • the fault detection means for detecting an abnormality are arranged such that the acceleration signal is detected and/or evaluated over several full revolutions of the rail wheel in order to detect an abnormality in the signal curve.
  • the abnormality detection means for detecting an averaging abnormality are arranged to detect acceleration values of the rail wheel averaged from the acceleration signal and to detect an abnormality in the averaged acceleration values.
  • the fault detection means for detecting an abnormality are set up in such a way that the acceleration values or the averaged acceleration values are monitored for exceeding a threshold value.
  • the threshold value can be a static value that can be specified manually based on empirical values.
  • the threshold value can also be formed dynamically in order to achieve, for example, an assessment of the signal peak with regard to the previous course of the acceleration signal, in particular by forming an average value.
  • the rotation position signal represents the rotational movement of the rail wheel and/or preferably encodes, particularly in conjunction with an absolute rotary encoder with absolute rotation detection means, a rotation angle sub-range in contact with the rail section as a function of a time base and/or a clock generator.
  • the rail wheel is preferably divided into a plurality of rotation angle sub-ranges.
  • the rotation position signal that can be generated by means of the rotation detection means is preferably designed as an analog or as a digital signal.
  • the rotation position signal particularly preferably encodes and/or describes a plurality of rotation positions of the rail wheel.
  • a speed signal of the rail wheel can be formed from the rotation position signal.
  • an acceleration signal of the rail wheel can be generated, whereby this acceleration rotation signal relates to the rotational movement of the rail wheel and is thus essentially independent of the acceleration signal detectable by means of the acceleration detection means according to the invention.
  • the rotation position signal is preferably evaluated to monitor the rotational movement of the rail wheel.
  • the rotation position signal can also be used as an input variable of a control loop to influence the rotational movement of the rail wheel according to a setpoint specification via a drive unit. It is also particularly preferred if the rotation position signal is designed in the form of two rectangular signals, whereby the speed and direction of rotation of the rail wheel can be determined from the frequency and phase position of these rectangular signals.
  • the acceleration detection means are operatively connected to the rail wheel and/or the wheel axle, whereby in a rotating operating state of the rail wheel, i.e. in a state in which the rail wheel rotates on the rail section at any speed other than zero, the rotational movement of the rail wheel does not have a direct effect on an acceleration acting in the vertical direction that can be detected by means of the acceleration detection means.
  • the acceleration detection means are therefore preferably mounted in a substantially stationary manner on a carrier unit, in particular a wheel bearing housing.
  • the fault location that is detected in the rail wheel by evaluating the acceleration signal within the scope of the present invention can be a flat spot in the rail wheel.
  • a defect in the rail section can be formed by a horizontal and/or vertical offset between two rail elements that together form the rail section.
  • Such a defect in the rail section is referred to in the present invention as a rail joint and/or a rail transition.
  • the rotation detection means and the acceleration detection means are operatively connected to one another in such a way that an acceleration value of the acceleration signal can be assigned to a rotation position of the rotation position signal.
  • the rotation detection means and the acceleration detection means comprise a common clock and/or timer, which is why any acceleration value of the acceleration signal an associated rotational position of the position signal can be assigned.
  • the acceleration acting on the rail wheel can thus be recorded and/or analyzed depending on the rotational position of the rail wheel.
  • the fault detection means comprise monitoring means which are designed to evaluate the acceleration signal as a function of the rotational position signal in such a way that a fault fixed in rotational position can be detected as a flat spot in the rail wheel and/or a fault independent of rotational position can be detected as a rail joint and/or rail transition in the rail section.
  • the faults detected by an abnormality in the acceleration signal can be specified more precisely.
  • an evaluation can identify a fault that is fixed in rotational position as a fault in the rail wheel and thus as a flat spot, and a fault that is independent of rotational position as a fault in the rail section and thus as a rail joint and/or rail transition.
  • the defect detection means comprise analysis means with several summation elements, wherein the number of summation elements corresponds to a predeterminable number of rotation angle sub-ranges in order to divide the rail wheel to represent a full rotation, in particular evenly.
  • the analysis means for determining the extent of flat spots and for detecting a possible flat spot are designed such that in a rotating operating state of the rail wheel, i.e. in particular when the train is running, acceleration values are assigned to a rotation angle sub-range via the assigned rotation position and are added up to a sum in the corresponding summation element of the assigned rotation angle sub-range.
  • the extent of a flat spot in the rail wheel can be advantageously determined for a specific angle of rotation sub-range. Furthermore, by evaluating the sums, in particular by comparing them with the remaining sums of the remaining angle of rotation sub-ranges, the existence of a flat spot in the rail wheel can also be detected.
  • the largest sum of a rotation angle sub-range is always obtained in relation to all sums of the remaining rotation angle sub-ranges that completely represent the rail wheel. It is also important to ensure that the sums that are compared with each other were formed using an identical number of summands or were averaged over the number of summands before the comparison.
  • a rotation angle sub-range of the plurality of rotation angle sub-ranges can preferably be formed in the shape of a piece of cake and/or span an angle of preferably 1° or 360/2", where the exponent n is an integer and greater than zero, particularly preferably 2°, very particularly preferably 4°.
  • the plurality of rotation angle sub-ranges can also be formed in different sizes, i.e. each span a first and at least one second angle.
  • the individual acceleration values, which are continuously added together in the summation element to form a sum, can also be negative, particularly due to measurement scatter and/or measurement noise, which is why the amounts of the sums of the individual summation elements do not necessarily increase continuously by adding further summands. In other words, with an increasing number of full revolutions, which are taken into account when forming the individual sums, the sums do not necessarily increase continuously.
  • the sums of all the summation terms may be taken into account.
  • the extent of a flat spot can be advantageously determined for this rotation angle sub-range or for these immediately adjacent rotation angle sub-ranges.
  • the ratio or difference between the amount of the largest sum and the amounts of the remaining sums is considered a measure for determining the extent of the flat spot.
  • the analysis means for determining the characteristic and for a first detection of a possible flat spot are designed and/or arranged in such a way that the amount of the mean value of the respective sum of all summation elements, in particular the respective sum divided by the number of summands added up and the amount thereof, is determined and the largest mean value is determined from the mean values of all summation elements.
  • this largest mean value is used as a measure of the extent of the possible flat spot and the rotation angle sub-range assigned to the largest mean value is recorded and/or stored as an indicator for the first detection of the possible flat spot. Furthermore, it is preferably provided that the largest mean value is output as a first output signal.
  • an average acceleration value can thus be determined from the individual sums.
  • the analysis means for further detection are designed such that the scatter, in particular the standard deviation, is formed over several continuously recorded indicators, in particular previously determined largest mean values, wherein a small scatter is assigned a high probability of occurrence and a large scatter is assigned a low probability of occurrence as a criterion for detecting a flat spot and in particular the probability of occurrence is output as a second output signal.
  • a histogram is used and the mean acceleration values are assigned to the rotation positions, whereby abnormalities and/or defects, in particular flat spots, are detected by analyzing the characteristic distribution of the histogram, which is based on the constructive superposition of rotation-periodic amplitude increases and on the destructive superposition of random amplitudes.
  • the individual indicators each of which was formed by averaging over several full revolutions, are analyzed again and evaluated in such a way that the scatter, in particular the standard deviation, is determined for a large number of the indicators calculated one after the other. This advantageously further reduces the risk of false detection when detecting a flat spot.
  • the analysis means are designed to generate a maintenance indicator in such a way that the maintenance indicator is formed from the characteristic, in particular the previously determined largest mean value, and the probability of occurrence, in particular by means of multiplication, in order to transmit this maintenance indicator, in particular by means of a third output signal, to an external evaluation unit.
  • the determination of the characteristic of a flat spot can thus advantageously be further improved, since faulty spots that are detected due to an uneven rail section are not recognized as flat spots and/or are only output as flat spots with a low characteristic.
  • the rotary encoder comprises calibration means.
  • These calibration means are designed such that in a calibration state, which can be activated automatically in particular after the rotary encoder is switched on and/or after a stationary operating state of the rail wheel is detected by evaluating the rotation position signal, the mounting orientation of the rotary encoder, in particular an installation angle ⁇ of the rotary encoder between a detection axis and a vertical axis, can be detected by means of the acceleration detection means by detecting and evaluating the acceleration signal in order to compensate for the influence of the installation angle by detecting the earth's gravity and/or the gravitational acceleration g on the acceleration signal.
  • the influence of the mounting angle, which depends on the orientation and/or assembly, on the acceleration detection means can thus be determined in order to use the acceleration detection means to detect only the acceleration and/or force component acting on the wheel center point which acts in the vertical direction.
  • the calibration means can be used to determine calibration parameters for the acceleration detection means, which allow compensation of the acceleration signal such that the acceleration signal only reflects the acceleration in the vertical direction and/or along the vertical axis acting acceleration is coded and/or mapped. This can advantageously improve the detection of a fault in the rail wheel and/or in the rail section.
  • the acceleration detection means are designed such that the acceleration acting on the rail wheel and/or the wheel axle can be detected two-dimensionally or three-dimensionally, in particular along an X and Y axis or along an X, Y and Z axis, which are each aligned orthogonally to one another, and/or that the acceleration detection means are designed as a micromechanical acceleration sensor and/or a MEMS.
  • the acceleration signal is thus preferably designed as a vector in order to encode the acceleration acting on the wheel center in different directions.
  • the rotary encoder comprises a magnetically or optically or mechanically coded measuring tape, wherein the rotation detection means are designed such that a relative movement between the measuring tape, which can be fixed in particular to an outer circumference of the wheel axle, and the rotation detection means, which can be fixed in particular substantially stationary to the wheel axle and to a wheel housing, can be detected, wherein the rotation position can be mapped continuously or discretely by the rotation position signal.
  • a mechanically coded measuring tape is preferably formed by a ferromagnetic gear that is mechanically torsionally rigidly coupled to the rail wheel or the wheel axle in order to detect the rotational movement via the gear.
  • the rotary encoder comprises maintenance means, wherein the maintenance means are designed in such a way that when a disturbance is detected, in particular a flat spot in the rail wheel and/or a rail joint in the rail section, a maintenance signal can be generated, which can be transmitted in particular via communication means to a maintenance center.
  • a maintenance signal can be generated, which can be transmitted in particular via communication means to a maintenance center.
  • the maintenance signal is preferably transmitted, but also additional information about the disturbance.
  • such information can be the rotation position and/or the shape of the flat spot and in the case of a rail joint, the position of the rail joint in the rail section encoded by integrating the position signal.
  • the Fig. 1 shows a schematic representation of a rotary encoder 1 according to the invention according to a first preferred embodiment.
  • the rotary encoder 1 is designed to detect an acceleration B V which acts on the wheel center M independently of the rotational movement R of the rail wheel 3 and which is aligned along the vertical direction V and/or parallel to a vertical axis V.
  • the rotary encoder 1 initially comprises conventional rotation detection means 4, which are designed such that the rotational and/or rotary movement R of the rail wheel 3 and/or the rotational movement of a wheel axle comprising two rail wheels 3 can be detected and encoded and/or mapped by at least one rotational position signal P(t).
  • the rotary encoder 1 comprises acceleration detection means 5, which are designed such that an acceleration acting on the rail wheel 3, i.e. in particular on the wheel center M of the rail wheel 3, independently of the rotational movement, can be detected and represented by at least one acceleration signal.
  • the rotary encoder 1 comprises fault detection means 6, which are designed such that the at least one acceleration signal B v (t) can be monitored for at least one abnormality in order to detect a fault in the rail wheel 3 and/or a fault in the rail section 2.
  • Such an abnormality is preferably a transient acceleration peak formed in the course of the acceleration signal B v (t), which affects the wheel center M of the rail wheel 3 along the vertical direction V.
  • the rotary encoder 1 further comprises a magnetic measuring tape 15, which is operatively connected to the rotation detection means 4 for detecting the rotational movement.
  • the rotation detection means 4 are set up in such a way that a relative movement between the measuring tape 15, which is fixed to an outer circumference of the wheel axle, and the rotation detection means 4, which can be fixed essentially stationary to the wheel axle and to a wheel housing, can be detected, wherein the rotational position is continuously or discretely represented by the rotational position signal and has a sawtooth-shaped course in a rotating operating state of the rail wheel 3, since the signal is incremented step by step from zero again after completing a full rotation, i.e. a 360° rotation.
  • FIG. 2 a highly schematic block diagram of a rotary encoder 1 according to the invention according to a second embodiment variant is shown.
  • the rotary encoder 1 according to the invention according to the second embodiment comprises, in addition to the rotation detection means 4, the acceleration detection means 5 and the disturbance detection means 6 already mentioned in connection with the known rotary encoder 1, additional monitoring means 7.
  • the monitoring means 7, which are included in the fault detection means 6, are designed to evaluate the acceleration signal as a function of the rotation position signal.
  • the rotation detection means 4 and the acceleration detection means 5 comprise a common clock generator, so that the corresponding acceleration value from the acceleration signal, i.e. the acceleration value detected synchronously, can be assigned to a detected rotation position of the rotation position signal.
  • the detection of faults can thus be further improved, since the temporal comparison between the acceleration signal and the rotational position signal for at least two full revolutions allows a fault to be characterized as either rotationally fixed or rotationally independent.
  • a fault when a rotationally fixed fault is detected, a flat spot formed in the rail wheel 3 can be detected, and when a rotationally independent fault is detected, the fault can be recognized as a rail joint in rail section 2.
  • FIG. 3 a highly schematic block diagram of another rotary encoder 1 according to the invention according to a third embodiment is shown.
  • This embodiment of the rotary encoder 1 again comprises the already known rotation detection means 4, the acceleration detection means 5 and the disturbance detection means 6.
  • the acceleration detection means 5 are formed by a micromechanical acceleration sensor 14 which can detect the acceleration acting on the wheel center M in three dimensions, wherein in the present case only the acceleration acting in the vertical direction V is referred to as the acceleration signal.
  • this rotary encoder 1 comprises analysis means 8, which comprise several summation elements 9a-c.
  • the number of summation elements 9a-c depends on a predeterminable number of pie-shaped rotation angle sub-areas 10a-c, which completely divide the rail wheel 3, whereby only three summation elements are shown as examples in the block diagram.
  • the analysis means 8 are designed such that, in a rotating operating state of the rail wheel 3 on the rail section 2, acceleration values from the acceleration signal can be assigned to one of the rotation angle sub-ranges 10a-c via the temporally corresponding rotation position from the rotation position signal and are added up to a sum in the corresponding summation element 9a-c.
  • the analysis means 8 are designed to determine the extent of the flat spot and for the first detection of a possible flat spot in such a way that the amount of the mean value of the respective sum is formed from all summation elements 9a-c.
  • the sum whose mean value is the largest with respect to the remaining mean values is selected, and this mean value is then output as a measure to indicate the severity of the flat spot.
  • the rotation angle sub-range associated with the largest mean value is output as an indicator for a first, in particular preliminary, detection of a possible detected flat spot together with the largest mean value as a first output signal 11.
  • the analysis means 8 for further detection are preferably set up in such a way that the scatter is determined over several continuously recorded indicators, wherein, as a criterion for detecting a flat spot, a low scatter is assigned a high probability of occurrence and a high scatter is assigned a low probability of occurrence, wherein the probability of occurrence is output as a second output signal 11a.
  • analysis means 8 for generating a maintenance indicator are preferably designed such that the maintenance indicator is formed from the characteristic, in particular the largest mean value, and the probability of occurrence, in particular by means of multiplication, and the maintenance indicator is transmitted to an external evaluation unit, not shown graphically, by means of a third output signal 11b.
  • the rotary encoder 1 also includes maintenance means 16, which are operatively connected to a central maintenance unit (also not shown) via a communication connection (not shown).
  • the maintenance unit receives faults detected by the rotary encoder 1 and can thus adapt maintenance intervals as required.
  • the rotary encoder 1 of the third embodiment also comprises calibration means 13, which are Fig. 5 be explained in more detail.
  • the Fig. 4 shows, by way of example, the temporal course of the detected acceleration signal B v (t) in a rotating operating state of the rail wheel 3, wherein the acceleration signal was generated by a rotary encoder 1 according to the invention.
  • the acceleration signal B v (t) represents the acceleration acting on the wheel center M in the vertical direction V, whereby the vertical direction V is orthogonal to the horizontal direction H.
  • the rail section 2 shown runs along the horizontal direction (see the Fig. 5 ).
  • the acceleration signal B v (t) consists of negative and positive acceleration values, whereby it should be noted that the signal curve is superimposed by the gravitational acceleration.
  • the acceleration signal B V comprises transient signal peaks, i.e. directed acceleration peaks, which are indicated by a positive and negative increase in the acceleration signal.
  • the diagram also includes the time course of the rotational position signal P(t), which has a sawtooth-shaped course. From the course of the rotational position signal P(t) it can be seen that the monitored rail wheel 3 moves and/or rotates at a constant speed in the graphically represented section.
  • the abnormality formed by the acceleration peak X repeats itself in a rotational position-fixed manner or, in other words, is always detectable at the same position in the rail wheel and/or in the same rotational angle sub-ranges, which is why the abnormality is a defect in the rail wheel 3 and thus a flat spot.
  • FIG. 5 a side schematic representation of a bogie 12 of a train 17, not shown in detail, is shown.
  • the bogie 12 comprises two adjacent axes of rotation, each of which essentially rigidly connects two opposing rail wheels 3 to one another.
  • the two axes of rotation comprise rotary encoders 1 according to the invention, which are mounted on the outer wheel housing and are thus mounted essentially stationary relative to the bogie 12 and/or train 17.
  • the rotary encoder 1 according to the invention comprises the rotation detection means 4 according to the invention (not shown in detail), the disturbance detection means 6 according to the invention and the acceleration detection means 5 according to the invention.
  • the two rotary encoders 1 are each mounted at a mounting angle ⁇ pivoted from the horizontal H and/or the horizontal direction H, which must be taken into account when detecting the acceleration B V acting in the vertical direction V, since the detection axis E of the respective acceleration detection means 5 is also pivoted by the respective mounting angle ⁇ .
  • the two rotary encoders 1 comprise the calibration means 13 (not shown in detail), which are set up in such a way that in a calibration state, which can be activated after the detection of a rest position by evaluating the rotation position signal of the rotation detection means 4 by the calibration means 13 and/or the rotary encoder 1 of the rail wheel 3, the influence of the attachment and/or mounting angle ⁇ on the acceleration detected by means of the acceleration detection means 5 can be determined by detecting the force of gravity and/or the gravitational acceleration g.
  • calibration data can thus be generated which can then be used to correct the acceleration signal in order to obtain the acceleration component acting on the wheel center M along the vertical direction V.
  • Fig. 6a /b show, again highly schematically, a defect in rail section 2, which is formed by a rail joint in rail section 2.
  • a rail joint can occur between a first rail element and a second rail element if the two rail elements are spaced apart from each other along the horizontal direction H and/or if the two rail elements form a step along the vertical direction V.
  • Such a disturbance also leads to an abnormality in the course of the acceleration signal B v (t), which is why such a disturbance can be detected by means of the rotary encoder 1 according to the invention.
  • Figures 6a /b three temporally successive positions of the rail wheel S1-3 as well as the course of the movement line B(t) of the wheel center M.
  • the fault is formed by a horizontal offset between two rail elements in a rail section 2.
  • the position S1 of the rail wheel 3 occurs immediately before reaching the rail joint. At this point in time, there is no vertical acceleration.
  • the fault is formed by a horizontal offset between two rail elements in a rail section 2.
  • Fig. 7a /b illustrate a flat spot formed in a rail wheel 3.
  • the flat spot in the rail wheel 3 is formed over a circular section at a central angle ⁇ in relation to the wheel center M in the running surface of the rail wheel 3 and/or on the circumference of the rail wheel 3.
  • the flat spot has a depth h.
  • the rail wheel 3 has the radius r.
  • the motion line B(t) can be determined from the acceleration signal B v (t).
  • the position S1 shown corresponds to the position of the rail wheel 3 immediately before the transition into the flat spot area.
  • the position S2 shows the rail wheel position at a time when the flat spot is completely resting on the rail section 2.
  • the position S3 shows the rail wheel position immediately after the transition from the flat spot area.
  • the angle of rotation ⁇ of the rail wheel 3 depends on the angular frequency and the time, whereby the angular frequency can be determined in particular from the rotation position signal and the time, which is why a speed position signal and an acceleration position signal can be determined for the wheel center M.
  • the movement sequence shown does not take into account dynamic effects due, among other things, to the inertia of the masses of the rail wheel 3 and the energy stored in the wheel suspension.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehgeber für ein rotierendes Schienenrad.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Zug nach Anspruch 12.
  • Drehgeber zum Erfassen einer Rotationsbewegung eines auf einem Schienenabschnitt rotierbaren Schienenrads sind allgemein bekannt, z.B. aus der US 2012/259487 A1 .
  • Solche Drehgeber werden zum Erfassen einer Rotationsbewegung des Schienenrads oder einer zwei Schienenräder umfassenden Radachse verwendet und Erzeugen ein analoges oder digitales Rotationspositionssignal, das die Drehbewegung des Schienenrads abbildet. Neben der Drehzahl des überwachten Schienenrads lässt sich aus dem Rotationspositionssignal auch die Rotationsrichtung sowie die auf das Schienenrad wirkende Rotationsbeschleunigung in Echtzeit bestimmen. Das Rotationspositionssignal wird oft einem Regelkreis zugeführt, um die Rotationsbewegung nach einer Sollwertvorgabe gezielt über eine Antriebseinheit zu beeinflussen.
  • Nachteilig bei bekannten Drehgebern ist, dass Störstellen im Schienenrad und/oder im Schienenabschnitt nicht detektierbar sind, weshalb die Schienenräder auf einem Prüfstand mittels separater Messtechnik vermessen werden müssen.
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehgeber bereitzustellen, der neben dem ausschließlichen Erfassen einer Drehbewegung eines auf einem Schienenabschnitt rotierbaren Schienenrads auch eine Aussage über den Zustand und/oder die Verfassung des Schienenrads und/oder des Schienenabschnitts treffen kann. Ferner ist es auch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Zug anzugeben, der einen entsprechenden Drehgeber umfasst, um den Zustand und/oder die Beschaffenheit eines Schienenrads des Zugs und/oder eines Schienenabschnitts, auf dem der Zug verkehrt, im rotierenden Betrieb des Schienenrads, also im Fahrbetrieb des Zugs, zu erfassen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Drehgeber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch einen Zug mit einem erfindungsgemäßen Drehgeber gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehgeber zum Erfassen einer Beschleunigung, die auf ein Schienenrad unabhängig von einer möglichen Rotationsbewegung des Schienenrads, insbesondere auf den Radmittelpunkt, einwirkt. Anders ausgedrückt, der Drehgeber ist dazu ausgebildet, die auf ein Schienenrad einwirkende Beschleunigung unabhängig von einer Rotationsbewegung des Schienenrads auf einem Schienenabschnitt zu erfassen. Eine solche Beschleunigung wird insbesondere durch eine auf das Schienenrad einwirkende Kraft erzeugt, die in Vertikalrichtung und/oder entlang der Vertikalen wirkt und somit orthogonal zu einer Horizontalrichtung und/oder der Horizontalen ausgerichtet ist.
  • Der erfindungsgemäße Drehgeber umfasst Rotationserfassungsmittel, die so ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass die Rotationsbewegung des Schienenrads und/oder einer zwei Schienenräder umfassenden Radachse durch wenigstens ein Rotationspositionssignal erfassbar ist.
  • Ferner umfasst der erfindungsgemäße Drehgeber Beschleunigungserfassungsmittel, die so ausgebildet sind, dass eine unabhängig von der Rotationsbewegung auf das Schienenrad wirkende Beschleunigung, die bevorzugt auf den Radmittelpunkt und besonders bevorzugt in Vertikalrichtung wirkt, durch wenigstens ein Beschleunigungssignal erfassbar ist. Anders ausgedrückt, die Beschleunigungserfassungsmittel sind zum Erfassen einer in Vertikalrichtung und/oder entlang einer Vertikalachse wirkenden Kraft ausgebildet, die auf den Radmittelpunkt einwirkt und in einer Beschleunigung des Radmittelpunkts in Vertikalrichtung resultiert.
  • Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Drehgeber Störstellendetektionsmittel, die so ausgebildet sind, dass das wenigstens eine Beschleunigungssignal auf wenigstens eine Abnormalität überwachbar ist, um eine Störstelle im Schienenrad und/oder im Schienenabschnitt zu erfassen.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine Abnormalität durch einen transienten Signalpeak, also ein kurzzeitiger Signalausschlag, im Beschleunigungssignal ausgebildet sein. Eine Abnormalität kann auch durch eine positive und/oder negative Überhöhung in der Amplitude des Beschleunigungssignals und/oder durch eine gerichtete und/oder impulsartige Beschleunigung ausgebildet sein. Ferner kann es sich bei einer Abnormalität um einen einzelnen Signalpeak oder um mehrere, insbesondere hochfrequente und/oder unmittelbar aufeinander folgende, Signalpeaks handeln.
  • Bevorzugt sind die Störstellendetektionsmittel zum Erfassen einer Abnormalität so eingerichtet, dass das Beschleunigungssignal über mehrere Vollumdrehungen des Schienenrads erfasst und/oder ausgewertet wird, um eine Abnormalität im Signalverlauf zu erkennen.
  • Besonders bevorzugt sind die Störstellendetektionsmittel zum Erfassen einer Abnormalität zur Mittelwertbildung eingerichtet, um aus dem Beschleunigungssignal gemittelte Beschleunigungswerte des Schienenrads zu erfassen und um eine Abnormalität in den gemittelten Beschleunigungswerten zu erkennen.
  • Ganz besonders bevorzugt sind die Störstellendetektionsmittel zum Erfassen einer Abnormalität so eingerichtet, dass die Beschleunigungswerte oder die gemittelten Beschleunigungswerte auf das Überschreiten eines Schwellwerts überwacht werden. Der Schwellwert kann ein statischer Wert sein, der manuell aufgrund von Erfahrungswerten vorgebbar ist. Alternativ kann der Schwellwert auch dynamisch gebildet werden, um beispielsweise eine Beurteilung des Signalpeaks hinsichtlich des bisherigen Verlaufs des Beschleunigungssignals, insbesondere über eine Mittelwertbildung, zu erzielen.
  • Das Rotationspositionssignal bildet die Rotationsbewegung des Schienenrads ab und/oder codiert bevorzugt, insbesondere im Zusammenhang mit einem absoluten Drehgeber mit absoluten Rotationserfassungsmitteln, einen mit dem Schienenabschnitt in Kontakt stehenden Drehwinkelteilbereich in Abhängigkeit einer Zeitbasis und/oder eines Taktgebers. Das Schienenrad ist bevorzugt in eine Vielzahl von Drehwinkelteilbereichen unterteilt.
  • Das Rotationspositionssignal, das mittels der Rotationserfassungsmittel erzeugbar ist, ist bevorzugt als ein analoges oder als ein digitales Signal ausgebildet. Besonders bevorzugt codiert und/oder beschreibt das Rotationspositionssignal eine Vielzahl von Rotationspositionen des Schienenrads.
  • Durch eine zeitliche Ableitung kann aus dem Rotationspositionssignal ein Geschwindigkeitssignal des Schienenrads gebildet werden. Durch eine Ableitung des Geschwindigkeitssignal kann ein Beschleunigungssignal des Schienenrads generiert werden, wobei dieses Beschleunigungsdrehsignal sich auf die Drehbewegung des Schienenrads bezieht und somit insbesondere im Wesentlichen unabhängig von dem mittels den erfindungsgemäßen Beschleunigungserfassungsmitteln erfassbaren Beschleunigungssignal wirkt.
  • Das Rotationspositionssignal wird bevorzugt zur Überwachung der Rotationsbewegung des Schienenrads ausgewertet. Neben dem ausschließlichen Überwachen der Rotationsbewegung kann das Rotationspositionssignal auch als eine Eingangsgröße eines Regelkreises genutzt werden, um die Rotationsbewegung des Schienenrads nach einer Sollwert-Vorgabe über eine Antriebseinheit zu beeinflussen. Besonders bevorzugt ist zudem, wenn das Rotationspositionssignal in Form von zwei rechteckförmigen Signalen ausgebildet ist, wobei sich aus der Frequenz und der Phasenlage dieser Rechtecksignale die Drehzahl und die Rotationsrichtung des Schienenrads bestimmen lässt.
  • Die Beschleunigungserfassungsmittel stehen mit dem Schienenrad und/oder der Radachse in Wirkverbindung, wobei in einem rotierenden Betriebszustand des Schienenrads, also in einem Zustand in dem das Schienenrad auf dem Schienenabschnitt mit einer beliebigen Drehzahl ungleich Null rotiert, sich die Rotationsbewegung des Schienenrads nicht unmittelbar auf eine in Vertikalrichtung wirkende Beschleunigung auswirkt, die mittels der Beschleunigungserfassungsmittel erfassbar ist. Bevorzugt sind die Beschleunigungserfassungsmittel somit im Wesentlichen ortsfest an einer Trägereinheit, insbesondere einem Radlagergehäuse, montiert.
  • Bei der Störstelle, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Schienenrad durch das Auswerten des Beschleunigungssignal erfasst wird, kann es sich um eine Flachstelle im Schienenrad handeln.
  • Eine Störstelle im Schienenabschnitt kann durch einen horizontalen und/oder vertikalen Versatz zwischen zwei Schienenelementen ausgebildet sein, die gemeinsam den Schienenabschnitt ausbilden. Eine solche Störstelle im Schienenabschnitt wird in der vorliegenden Erfindung als Schienenstoß und/oder einen Schienenübergang bezeichnet.
  • Weiterbildend ist es vorgesehen, dass die Rotationserfassungsmittel und die Beschleunigungserfassungsmittel so miteinander in Wirkverbindung stehen, dass einer Rotationsposition des Rotationspositionssignals ein Beschleunigungswert des Beschleunigungssignals zuordenbar ist.
  • Anders ausgedrückt, die Rotationserfassungsmittel und die Beschleunigungserfassungsmittel umfassen einen gemeinsamen Taktgeber und/oder Zeitgeber, weshalb einem beliebigen Beschleunigungswert des Beschleunigungssignals eine zugehörige Rotationsposition des Positionssignals zugeordnet werden kann. Vorteilhaft kann somit die auf das Schienenrad einwirkende Beschleunigung in Abhängigkeit der Rotationsposition des Schienenrads erfasst und/oder analysiert werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung umfassen die Störstellendetektionsmittel Überwachungsmittel, die zum Auswerten des Beschleunigungssignals in Abhängigkeit des Rotationspositionssignals ausgebildet sind, derart, dass eine drehpositionsfeste Störstelle als eine Flachstelle im Schienenrad und/oder eine drehpositionsunabhängige Störstelle als ein Schienenstoß und/oder Schienenübergang im Schienenabschnitt erfassbar ist.
  • Durch das Auswerten des Beschleunigungssignals in Abhängigkeit des Rotationspositionssignals über wenigstens zwei Vollumdrehungen des Schienenrads im rotierenden Betriebszustand können die durch eine Abnormalität im Beschleunigungssignal erfassten Störstellen genauer spezifiziert werden. Vorteilhaft kann durch eine solche Auswertung eine drehpositionsfeste Störstelle als Störstelle im Schienenrad und somit als Flachstelle und eine drehpositionsunabhängige Störstelle, als Störstelle im Schienenabschnitt und somit als Schienenstoß und/oder Schienenübergang erkannt werden.
  • Bei einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfassen die Störstellendetektionsmittel Analysemittel mit mehreren Summengliedern, wobei die Anzahl der Summenglieder einer vorgebbaren Anzahl von Drehwinkelteilbereichen entspricht, um das Schienenrad zum Abbilden einer Vollumdrehung, insbesondere gleichmäßig, aufzuteilen. Die Analysemittel zum Bestimmen der Ausprägung von Flachstellen und zur Detektion einer möglichen Flachstelle sind so ausgebildet, dass in einem rotierenden Betriebszustand des Schienenrads, also insbesondere in einem Fahrbetrieb des Zugs, Beschleunigungswerte über die zugeordnete Rotationsposition einem Drehwinkelteilbereich zugeordnet werden und in dem entsprechenden Summenglied des zugeordneten Drehwinkelteilbereichs zu einer Summe aufaddiert werden.
  • Durch das Auswerten der berechneten Summen, insbesondere durch einen Vergleich mit den restlichen Summen der restlichen Drehwinkelteilbereiche, kann somit vorteilhaft die Ausprägung einer Flachstelle im Schienenrad für einen bestimmten Drehwinkelteilbereich bestimmt werden. Weiterhin kann durch das Auswerten der Summen, insbesondere durch einen Vergleich mit den restlichen Summen der restlichen Drehwinkelteilbereiche, auch die Existenz einer Flachstelle im Schienenrad detektiert werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde vorteilhaft erkannt, dass mit zunehmender Ausprägung der Flachstelle im Schienenrad auch die in Vertikalrichtung wirkenden Beschleunigungswerte für die entsprechenden Rotationspositionen ansteigen, weshalb sich in den Drehwinkelteilbereichen, in denen die Flachstelle ausgebildet ist und/oder die die entsprechenden Rotationspositionen enthalten, die größte Summe von Beschleunigungswerten bilden lässt.
  • Die größte Summe eines Drehwinkelteilbereichs ergibt sich immer in Bezug auf sämtliche Summen der restlichen Drehwinkelteilbereiche, die das Schienenrad vollständig abbilden. Ferner ist darauf zu achten, dass die Summen, die miteinander verglichen werden, über eine identische Anzahl von Summanden gebildet wurden oder vor dem Vergleich durch die Anzahl der Summanden gemittelt wurden.
  • Ein Drehwinkelteilbereich der Vielzahl der Drehwinkelteilbereiche kann bevorzugt kuchenstückförmig ausgebildet sein und/oder einen Winkel von bevorzugt 1° oder 360/2", wobei der Exponent n ganzzahlig und größer als Null ist, besonders bevorzugt 2°, ganz besonders bevorzugt 4° aufspannen. Alternativ kann die Vielzahl der Drehwinkelteilbereiche auch unterschiedlich groß ausgebildet sein, also jeweils einen ersten und wenigstens einen zweiten Winkel aufspannen.
  • Die einzelnen Beschleunigungswerte, die kontinuierlich im Summenglied zu jeweils einer Summe aufaddiert werden, können, insbesondere aufgrund einer Messstreuung und/oder eines Messrauschens, auch negativ ausfallen, weshalb die Beträge der Summen der einzelnen Summenglieder durch die Addition weiterer Summanden nicht zwangsläufig kontinuierlich ansteigen. Anders ausgedrückt, mit wachsender Anzahl an Vollumdrehung, die bei der Bildung der einzelnen Summen berücksichtigt werden, kommt es nicht zwangsläufig zu einem kontinuierlichen Anstieg der Summen.
  • Bei der Auswertung der berechneten Summen, um die Ausprägung der Flachstelle zu bestimmen, kann es insbesondere zu einer Berücksichtigung der Summen sämtlicher Summenglieder kommen. Beim Erkennen einer betragsmäßig größten Summe für einen Drehwinkelteilbereich oder für mehrere unmittelbar benachbarte Drehwinkelteilbereiche kann somit vorteilhaft für diesen Drehwinkelteilbereich oder für diese unmittelbar benachbarten Drehwinkelteilbereiche die Ausprägung einer Flachstelle bestimmt werden.
  • Ferner wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt, dass das Verhältnis oder die Differenz zwischen dem Betrag der größten Summe zu den Beträgen der restlichen Summen als Maß zur Bestimmung der Ausprägung der Flachstelle gilt.
  • Mit zunehmender Anzahl von Vollumdrehungen, die von den Analysemitteln durch die Addition der erfassten Beschleunigungswerte auf die Summen der Summenglieder berücksichtigt werden, kann bevorzugt das Risiko einer Fehldetektion einer Flachstelle reduziert werden, da insbesondere Unebenheiten im Schienenabschnitt herausgefiltert werden.
  • Weiterbildend ist vorgesehen, dass die Analysemittel zum Bestimmen der Ausprägung und für eine erste Detektion einer möglichen Flachstelle so ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass von sämtlichen Summengliedern der Betrag des Mittelwerts der jeweiligen Summe, insbesondere die jeweilige Summe geteilt durch die Anzahl der aufaddierten Summanden und davon der Betrag, bestimmt wird und aus den Mittelwerten sämtlicher Summenglieder der größte Mittelwert bestimmt wird.
  • In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass dieser größte Mittelwert als ein Maß für die Ausprägung der möglichen Flachstelle genutzt wird und der dem größten Mittelwert zugeordnete Drehwinkelteilbereich als ein Indikator für die erste Detektion der möglichen Flachstelle erfasst und/oder gespeichert wird. Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass der größte Mittelwert als ein erstes Ausgangssignal ausgegeben wird. Vorteilhaft kann somit aus den einzelnen Summen jeweils ein gemittelter Beschleunigungswert bestimmt werden.
  • Im Rahmen einer Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sind die Analysemittel für eine weitere Detektion so ausgebildet, dass über mehrere fortlaufend erfasste Indikatoren, insbesondere zuvor bestimmte größte Mittelwerte, die Streuung, insbesondere die Standardabweichung gebildet wird, wobei einer kleinen Streuung eine hohe Auftrittswahrscheinlichkeit und einer großen Streuung eine geringe Auftrittswahrscheinlichkeit als Kriterium zur Detektion einer Flachstelle zugeordnet wird und insbesondere die Auftrittswahrscheinlichkeit als ein zweites Ausgangssignal ausgegeben wird.
  • Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, wenn ein Histogramm genutzt wird und die mittleren Beschleunigungswerte den Rotationspositionen zugeordnet werden, wobei durch die Analyse der charakteristischen Verteilung des Histogramms, die auf der konstruktiven Überlagerung umdrehungsperiodischer Amplitudenüberhöhungen und auf der destruktiven Überlagerung zufälliger Amplituden beruht, Abnormalitäten und/oder Störstellen, insbesondere Flachstellen, detektiert werden.
  • Vorliegend werden somit die einzelnen Indikatoren, die jeweils durch eine Mittelwertbildung über mehrere Vollumdrehungen gebildet wurden, erneut analysiert und derart ausgewertet, dass die Streuung, insbesondere die Standardabweichung, für eine Vielzahl der nacheinander berechneten Indikatoren bestimmt wird. Vorteilhaft kann somit das Risiko einer Fehldetektion beim Detektieren einer Flachstelle zusätzlich reduziert werden.
  • Ferner sind bei einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die Analysemittel zum Erzeugen eines Wartungsindikators ausgebildet, derart, dass der Wartungsindikator aus der Ausprägung, insbesondere dem zuvor bestimmten größten Mittelwert, und der Auftrittswahrscheinlichkeit, insbesondere mittels Multiplikation, gebildet wird, um diesen Wartungsindikator, insbesondere mittels eines dritten Ausgangssignals, an eine externe Auswerteeinheit zu übertragen. Vorteilhaft kann somit die Bestimmung der Ausprägung einer Flachstelle weiter verbessert werden, da Störstellen, die aufgrund eines unebenen Schienenabschnitts detektiert werden, nicht als Flachstelle erkannt und/oder nur als Flachstelle mit einer geringen Ausprägung ausgegeben werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Drehgebers umfasst der Drehgeber Kalibrierungsmittel. Diese Kalibrierungsmittel sind so ausgebildet, dass in einem Kalibrierungszustand, der insbesondere nach dem Einschalten des Drehgebers und/oder nach dem Erkennen eines ruhenden Betriebszustands des Schienenrads durch eine Auswertung des Rotationspositionssignals automatisch aktivierbar ist, die Montageausrichtung des Drehgebers, insbesondere ein Anbauwinkel β des Drehgebers zwischen einer Erfassungsachse und einer Vertikalachse, mittels den Beschleunigungserfassungsmitteln durch das Erfassen und Auswerten des Beschleunigungssignals erfassbar ist, um den Einfluss des Anbauwinkels durch das Erfassen der Erdanziehungskraft und/oder der Gravitationsbeschleunigung g auf das Beschleunigungssignal zu kompensieren.
  • Vorteilhaft kann somit der Einfluss des von der Ausrichtung und/oder Montage abhängigen Anbauwinkels auf die Beschleunigungserfassungsmittel bestimmt werden, um mittels der Beschleunigungserfassungsmittel nur die auf den Radmittelpunkt wirkende Beschleunigungs- und/oder Kraftkomponente zu erfassen, die in Vertikalrichtung wirkt.
  • Anders ausgedrückt, durch die Kalibrierungsmittel lassen sich für die Beschleunigungserfassungsmittel Kalibrierungsparameter bestimmen, die eine Kompensation des Beschleunigungssignals ermöglichen, derart, dass das Beschleunigungssignal lediglich die in Vertikalrichtung und/oder entlang der Vertikalachse wirkende Beschleunigung codiert und/oder abbildet. Vorteilhaft kann somit das Erfassen einer Störstelle im Schienenrad und/oder im Schienenabschnitt verbessert werden.
  • Weiterbildend ist es zudem vorgesehen, dass die Beschleunigungserfassungsmittel so ausgebildet sind, dass die auf das Schienenrad und/oder die Radachse einwirkende Beschleunigung zweidimensional oder dreidimensional, insbesondere entlang einer X- and Y- Achse oder entlang einer X-, Y- und Z-Achse, die jeweils zueinander orthogonal ausgerichtet sind, erfassbar ist und/oder dass die Beschleunigungserfassungsmittel als ein mikromechanischer Beschleunigungssensor und/oder ein MEMS ausgebildet sind.
  • Das Beschleunigungssignal ist somit bevorzugt als ein Vektor ausgebildet, um die in verschiedene Richtungen auf den Radmittelpunkt wirkende Beschleunigung zu codieren.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Drehgeber ein magnetisch oder optisch oder mechanisch codiertes Maßband, wobei die Rotationserfassungsmittel so ausgebildet sind, dass eine Relativbewegung zwischen dem Maßband, das insbesondere an einem Außenumfang der Radachse festlegbar ist, und den, insbesondere im Wesentlichen ortsfest zu der Radachse und an einem Radkastengehäuse festlegbaren, Rotationserfassungsmitteln erfassbar ist, wobei die Rotationsposition kontinuierlich oder diskret durch das Rotationspositionssignal abbildbar ist.
  • Ein mechanisch codiertes Maßband ist bevorzugt durch ein ferromagnetisches Zahnrad ausgebildet, dass mit dem Schienenrad oder der Radachse mechanisch drehsteif gekoppelt, um die Drehbewegung über das Zahnrad zu erfassen.
  • Ferner ist es weiterbildend vorgesehen, dass der Drehgeber Wartungsmittel umfasst, wobei die Wartungsmittel derart ausgebildet sind, dass beim Erkennen einer Störgröße, insbesondere einer Flachstelle im Schienenrad und/oder eines Schienenstoßes im Schienenabschnitt, ein Wartungssignal erzeugbar ist, das insbesondere über Kommunikationsmittel an eine Wartungszentrale übermittelbar ist. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang nicht nur das Wartungssignal übermittelt, sondern auch eine zusätzliche Information zur Störstelle. Eine solche Information kann im Falle einer Flachstelle die Rotationsposition und/oder die Ausprägung der Flachstelle sein und im Falle eines Schienenstoß die durch Integration des Positionssignals codierte Lage des Schienenstoßes im Schienenabschnitt.
  • Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Schutz beansprucht für einen Zug mit wenigstens einer zwei Schienenräder umfassenden Radachse, wobei der Zug und/oder die Radachse zum Überwachen der Rotationsbewegung eines Schienenrads wenigstens einen erfindungsgemäßen Drehgeber umfasst.
  • Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die bei den gezeigten Ausführungsformen beispielhaft dargestellte Merkmalskombination kann nach Maßgabe der obigen Ausführungen entsprechend den für einen bestimmten Anwendungsfall notwendigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Sensoreinheit durch weitere Merkmale ergänzt werden. Auch können, ebenfalls nach Maßgabe der obigen Ausführungen, einzelne Merkmale bei den beschriebenen Ausführungsformen weggelassen werden, wenn es auf die Wirkung dieses Merkmals in einem konkreten Anwendungsfall nicht ankommt.
  • In den Zeichnungen sind Elemente gleicher Funktion und/oder gleichen Aufbaus mit demselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • Es zeigen in
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Drehgebers gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels, in
    Fig. 2
    ein schematisches Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Drehgebers gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels, in
    Fig. 3
    ein schematisches Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Drehgebers gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels, in
    Fig. 4
    ein beispielhafter Verlauf des Beschleunigungssignals, in
    Fig. 5
    eine schematisierte Darstellung des erfindungsgemäßen Drehgebers im montierten Zustand an einer Radachse eines Fahrgestells, in
    Fig. 6a/b
    eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Störstelle im Schienenabschnitt und in
    Fig. 7a/b
    eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Störstelle und/oder Flachstelle im Schienenrad.
  • Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Drehgebers 1 gemäß eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
  • Der erfindungsgemäße Drehgeber 1 ist zum Erfassen einer Beschleunigung BV ausgebildet, die sich unabhängig von der Rotationsbewegung R des Schienenrads 3 auf den Radmittelpunkt M auswirkt und die entlang der Vertikalrichtung V und/oder parallel zu einer Vertikalachse V ausgerichtet ist.
  • Der erfindungsgemäße Drehgeber 1 umfasst zunächst klassische Rotationserfassungsmittel 4, die so ausgebildet sind, dass die Rotations- und/oder Drehbewegung R des Schienenrads 3 und/oder die Rotationsbewegung einer Radachse, die zwei Schienenräder 3 umfasst, erfassbar und durch wenigstens ein Rotationspositionssignal P(t) codier- und/oder abbildbar ist.
  • Ferner umfasst der erfindungsgemäße Drehgeber 1 Beschleunigungserfassungsmittel 5, die dahingehend ausgebildet sind, dass eine unabhängig von der Rotationsbewegung auf das Schienenrad 3, also insbesondere auf den Radmittelpunkt M des Schienenrads 3, einwirkende Beschleunigung, erfassbar und durch wenigstens ein Beschleunigungssignal abbildbar ist.
  • Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Drehgeber 1 Störstellendetektionsmittel 6, die so ausgebildet sind, dass das wenigstens eine Beschleunigungssignal Bv(t) auf wenigstens eine Abnormalität überwacht werden kann, um eine Störstelle im Schienenrad 3 und oder eine Störstelle im Schienenabschnitt 2 zu erfassen.
  • Bei einer solchen Abnormalität handelt es sich bevorzugt um einen im Verlauf des Beschleunigungssignals Bv(t) ausgebildeten transienten Beschleunigungspeak, der sich entlang der Vertikalrichtung V auf den Radmittelpunkt M des Schienenrads 3 auswirkt.
  • Der erfindungsgemäße Drehgeber 1 umfasst ferner ein magnetisches Maßband 15, das mit den Rotationserfassungsmitteln 4 zum Erfassen der Rotationsbewegung in Wirkverbindung steht. Hierfür sind die Rotationserfassungsmittel 4 so eingerichtet, dass eine Relativbewegung zwischen dem Maßband 15, das an einem Außenumfang der Radachse festgelegt ist, und den im Wesentlichen ortsfest zu der Radachse und an einem Radkastengehäuse festlegbaren Rotationserfassungsmitteln 4 erfasst werden kann, wobei die Rotationsposition kontinuierlich oder diskret durch das Rotationspositionssignal abgebildet wird und in einem rotierenden Betriebszustand des Schienenrads 3 einen sägezahnförmigen Verlauf aufweist, da das Signal nach der Vollendung einer Vollumdrehung, also einer 360° Umdrehung, wieder schrittweise von Null inkrementiert wird.
  • In der Fig. 2 ist ein stark schematisiertes Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Drehgebers 1 gemäß einer zweiten Ausführungsvariante dargestellt.
  • Der erfindungsgemäße Drehgeber 1 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst neben den bereits im Zusammenhang mit dem bekannten Drehgeber 1 erwähnten Rotationserfassungsmitteln 4, den Beschleunigungserfassungsmitteln 5 und den Störstellendetektionsmitteln 6 zusätzlich Überwachungsmittel 7.
  • Die Überwachungsmittel 7, die von den Störstellendetektionsmitteln 6 umfasst sind, sind zum Auswerten des Beschleunigungssignals in Abhängigkeit des Rotationspositionssignals ausgebildet. Vorliegend umfassen die Rotationserfassungsmittel 4 und die Beschleunigungserfassungsmittel 5 einen gemeinsamen Taktgeber, sodass einer erfassten Rotationsposition des Rotationspositionssignals der entsprechende, also zeitsynchron erfasste Beschleunigungswert aus dem Beschleunigungssignal zugeordnet werden kann.
  • Vorteilhaft kann somit die Erfassung von Störstellen weiter verbessert werden, da durch den zeitlichen Abgleich zwischen dem Beschleunigungssignal und dem Rotationspositionssignal für mindestens zwei Vollumdrehungen eine Störstelle entweder als drehpositionsfest oder als drehpositionsunabhängig charakterisiert werden kann. Vorteilhaft kann somit beim Erkennen einer drehpositionsfesten Störstelle eine im Schienenrad 3 ausgebildete Flachstelle detektiert werden und beim Erkennen einer drehpositionsunabhängigen Störstelle kann die Störstelle als Schienenstoß im Schienenabschnitt 2 erkannt werden.
  • In der Fig. 3 ist ein stark schematisiertes Blockdiagramm eines weiteren erfindungsgemäßen Drehgebers 1 gemäß einer dritten Ausführungsvariante dargestellt.
  • Diese Ausführungsform des Drehgebers 1 umfasst wiederum die bereits bekannten Rotationserfassungsmittel 4, die Beschleunigungserfassungsmittel 5 sowie die Störstellendetektionsmittel 6.
  • Vorliegend sind die Beschleunigungserfassungsmittel 5 durch einen mikromechanischen Beschleunigungssensor 14 ausgebildet, der die auf den Radmittelpunkt M einwirkende Beschleunigung dreidimensional erfassen kann, wobei vorliegend als Beschleunigungssignal lediglich die in Vertikalrichtung V wirkende Beschleunigung bezeichnet wird.
  • Ferner umfasst dieser Drehgeber 1 Analysemittel 8, die mehrere Summenglieder 9a-c umfassen. Die Anzahl der Summenglieder 9a-c hängt von einer vorgebbaren Anzahl von kuchenstückförmigen Drehwinkelteilbereichen 10a-c ab, die das Schienenrad 3 vollständig unterteilen, wobei in dem Blockdiagramm nur beispielshaft drei Summenglieder dargestellt sind.
  • Ferner sind die Analysemittel 8 so ausgebildet, dass in einem rotierenden Betriebszustand des Schienenrads 3 auf dem Schienenabschnitt 2 Beschleunigungswerte aus dem Beschleunigungssignal über die zeitlich entsprechende Rotationsposition aus dem Rotationspositionssignal einem der Drehwinkelteilbereiche 10a-c zugeordnet werden können und in dem entsprechenden Summenglied 9a-c zu einer Summe aufaddiert werden.
  • Durch das Auswerten der einzelnen, insbesondere über mehrere Vollumdrehungen gebildeten, Summen lässt sich dann nicht nur eine Flachstelle im Schienenrad 3 detektieren sondern auch eine Aussage über die Ausprägung der Flachstelle im Schienenrad 3 treffen.
  • Die Analysemittel 8 sind zum Bestimmen der Ausprägung der Flachstelle und für die erste Detektion einer möglichen Flachstelle dahingehend eingerichtet, dass von sämtlichen Summengliedern 9a-c der Betrag des Mittelwerts der jeweiligen Summe gebildet wird.
  • Anschließend wird von sämtlichen Summen die Summe ausgewählt, deren Mittelwert hinsichtlich der restlichen Mittelwerte am größten ist, wobei dieser Mittelwert dann als Maß zur Angabe der Ausprägung der Flachstelle ausgegeben wird.
  • Ferner wird der Drehwinkelteilbereich, der dem größten Mittelwert zugeordnet ist, als ein Indikator für eine erste, insbesondere vorläufige, Detektion einer möglichen erfassten Flachstelle zusammen mit dem größten Mittelwert als ein erstes Ausgangssignal 11 ausgegeben.
  • Zudem sind die Analysemittel 8 für eine weitere Detektion bevorzugt so eingerichtet, dass über mehrere fortlaufend erfasste Indikatoren die Streuung bestimmt wird, wobei als Kriterium zur Detektion einer Flachstelle einer geringen Streuung eine hohe Auftrittswahrscheinlichkeit und einer hohen Streuung eine geringe Auftrittswahrscheinlichkeit zugeordnet wird, wobei die Auftrittswahrscheinlichkeit als ein zweites Ausgangssignal 11a ausgegeben wird.
  • Weiterhin sind Analysemittel 8 zum Erzeugen eines Wartungsindikators bevorzugt so ausgebildet, dass der Wartungsindikator aus der Ausprägung, insbesondere dem größten Mittelwert, und der Auftrittswahrscheinlichkeit, insbesondere mittels Multiplikation, gebildet wird und der Wartungsindikator mittels eines dritten Ausgangssignals 11b an eine externe, grafisch nicht dargestellte, Auswerteeinheit übertragen wird.
  • Der Drehgeber 1 umfasst zudem Wartungsmittel 16, die über eine nicht dargestellte Kommunikationsverbindung mit einer auch nicht dargestellten zentralen Wartungseinheit in Wirkverbindung stehen. Die Wartungseinheit empfängt vom Drehgeber 1 erfasste Störstellen und kann somit Wartungsintervalle bedarfsgerecht anpassen.
  • Schließlich umfasst der Drehgeber 1 der dritten Ausführungsform noch Kalibrierungsmittel 13, die in der Fig. 5 näher erläutert werden.
  • Die Fig. 4 zeigt beispielshaft den zeitlichen Verlauf des erfassten Beschleunigungssignals Bv(t) in einem rotierenden Betriebszustand des Schienenrads 3, wobei das Beschleunigungssignal durch einen erfindungsgemäßen Drehgeber 1 erzeugt wurde.
  • Das Beschleunigungssignal Bv(t) bildet die auf den Radmittelpunkt M einwirkende Beschleunigung in Vertikalrichtung V ab, wobei die Vertikalrichtung V orthogonal zur Horizontalrichtung H ausgerichtet ist. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 5 verläuft der dargestellte Schienenabschnitt 2 entlang der Horizontalrichtung (vgl. hierzu die Fig. 5).
  • Aus dem Signalverlauf wird ersichtlich, dass das Beschleunigungssignal Bv(t) sich aus negativen und positiven Beschleunigungswerten zusammensetzt, wobei darauf hingewiesen wird, dass der Signalverlauf von der Gravitationsbeschleunigung überlagert ist.
  • Ferner geht aus dem Verlauf hervor, dass das Beschleunigungssignal BV transiente Signalpeaks umfasst, also gerichtete Beschleunigungspeaks, die sich durch eine positive und negative Überhöhung im Beschleunigungssignal zeigen.
  • Weiterhin umfasst das Diagramm auch den zeitlichen Verlauf des Rotationspositionssignals P(t), das einen sägezahnförmigen Verlauf umfasst. Aus dem Verlauf des Rotationspositionssignals P(t) wird ersichtlich, dass sich das überwachte Schienenrad 3 im grafisch dargestellten Abschnitt mit konstanter Geschwindigkeit bewegt und/oder rotiert.
  • Durch den erfindungsgemäßen Abgleich und/oder Vergleich zwischen dem Verlauf des Beschleunigungssignals Bv(t) mit dem Verlauf des Rotationspositionssignals P(t) lässt sich erkennen, dass sich die durch den Beschleunigungspeak X ausgebildete Abnormalität drehpositionsfest wiederholt oder, anders ausgedrückt, stets an derselben Position im Schienenrad und/oder in denselben Drehwinkelteilbereichen detektierbar ist, weshalb es sich bei der Abnormalität um eine Störstelle im Schienenrad 3 und somit um eine Flachstelle handelt.
  • In der Fig. 5 ist eine seitliche Schemadarstellung eines Drehgestells 12 eines nicht im Detail dargestellten Zugs 17 abgebildet.
  • Das Drehgestell 12 umfasst zwei zueinander benachbarte Drehachsen, die jeweils zwei gegenüberliegende Schienenräder 3 im Wesentlichen starr miteinander verbinden. Die beiden Drehachsen umfassen erfindungsgemäße Drehgeber 1, die am äußeren Radkastengehäuse montiert sind und somit im Wesentlichen ortsfest zum Drehgestell 12 und/oder Zug 17 montiert sind. Der erfindungsgemäße Drehgeber 1 umfasst die jeweils nicht im Detail dargestellten erfindungsgemäßen Rotationserfassungsmittel 4, die erfindungsgemäßen Störstellendetektionsmittel 6 sowie die erfindungsgemäßen Beschleunigungserfassungsmittel 5.
  • Ferner geht aus der Darstellung hervor, dass die beiden Drehgeber 1 jeweils unter einem Montagewinkel β von der Horizontalen H und/oder der Horizontalrichtung H verschwenkt montiert sind, was beim Erfassen der in Vertikalrichtung V wirkenden Beschleunigung BV berücksichtigt werden muss, da auch die Erfassungsachse E der jeweiligen Beschleunigungserfassungsmittel 5 um den jeweiligen Montagewinkel β verschwenkt ist.
  • Aus diesem Grund umfassen die beiden Drehgeber 1 die nicht im Detail dargestellten Kalibrierungsmittel 13, die so eingerichtet sind, dass in einem Kalibrierungszustand, der nach dem Erfassen einer Ruheposition durch das Auswerten des Rotationspositionssignals der Rotationserfassungsmittel 4 von den Kalibrierungsmittel 13 und/oder dem Drehgeber 1 des Schienenrads 3 aktivierbar ist, der Einfluss des Anbau- und/oder Montagewinkels β durch das Erfassen der Erdanziehungskraft und/oder der Gravitationsbeschleunigung g auf die mithilfe der Beschleunigungserfassungsmittel 5 erfasste Beschleunigung bestimmbar ist.
  • Vorteilhaft können somit Kalibrierungsdaten erzeugt werden, die dann zur Korrektur des Beschleunigungssignals genutzt werden können, um die Beschleunigungskomponente zu erhalten, die entlang der Vertikalrichtung V auf den Radmittelpunkt M wirkt.
  • Die Fig. 6a/b zeigen, wiederum stark schematisiert, jeweils eine Störstelle im Schienenabschnitt 2, die durch einen Schienenstoß im Schienenabschnitt 2 ausgebildet ist.
  • Ein Schienenstoß kann zwischen einem ersten Schienenelement und einem zweiten Schienenelement entstehen, wenn die beiden Schienenelemente entlang der Horizontalrichtung H voneinander beabstandet sind und/oder wenn die beiden Schienenelemente entlang der Vertikalrichtung V eine Stufe ausbilden.
  • Auch eine solche Störstelle führt zu einer Abnormalität im Verlauf des Beschleunigungssignals Bv(t), weshalb sich eine solche Störstelle mittels dem erfindungsgemäßen Drehgeber 1 detektieren lässt.
  • Zur Verdeutlichung solcher Schienenstöße zeigen die Figuren 6a/b jeweils drei zeitlich aufeinanderfolgende Positionen des Schienenrads S1-3 sowie den Verlauf der Bewegungslinie B(t) des Radmittelpunkts M.
  • In der Fig. 6a ist die Störstelle durch einen horizontalen Versatz zwischen zwei Schienenelementen in einem Schienenabschnitt 2 ausgebildet.
  • Die Position S1 des Schienenrads 3 liegt zeitlich unmittelbar vor dem Erreichen des Schienenstoßes vor. Zu diesem Zeitpunkt liegt keine vertikale Beschleunigung vor.
  • In der Position S2 befindet sich das Schienenrad 3 mitten in der Störstelle. Dies zeigt sich durch das Erreichen einer maximalen Beschleunigung in Vertikalrichtung V. Die Bewegungslinie B(t) erreicht in S2 ihr Minimum.
  • In der Position S3 hat das Schienenrad 3 den Schienenstoß vollständig überwunden. Die Beschleunigung in Vertikalrichtung V ist wieder auf null abgefallen und das ursprüngliche Niveau der Bewegungslinie B(t) ist wieder erreicht.
  • In der Fig. 6b ist die Störstelle durch einen horizontalen Versatz zwischen zwei Schienenelementen in einem Schienenabschnitt 2 ausgebildet.
  • Aus dem Verlauf der skizzierten Bewegungslinie B(t) des Radmittelpunkts M geht hervor, dass ein solcher Schienenstoß zu einem Beschleunigungspeak führt, der sich durch eine bleibende Veränderung und/oder Erhöhung in der Bewegungslinie B(t) äußert.
  • Die Fig. 7a/b veranschaulichen eine Flachstelle, die in einem Schienenrad 3 ausgebildet ist.
  • Aus der Fig. 7a geht hervor, dass die Flachstelle im Schienenrad 3 über einen Kreisabschnitt unter einem Mittelpunktswinkel ϕ in Bezug auf den Radmittelpunkt M in der Lauffläche des Schienenrads 3 und/oder umfangsseitig des Schienenrads 3 ausgebildet ist. Die Flachstelle umfasst eine Tiefe h. Ferner umfasst das Schienenrad 3 den Radius r.
  • Durch die Fig. 7b wird der Verlauf der Bewegungslinie B(t) des Radmittelpunkts M des Schienenrads 3 sowie drei zeitlich aufeinanderfolgende Positionen S1-3 des Schienenrads 3 entsprechend der Figuren 6a/b schematisch dargestellt. Der Drehwinkel α geht aus der Fig. 7a hervor.
  • Die Bewegungslinie B(t) lässt sich aus dem Beschleunigungssignal Bv(t) ermitteln.
  • Die dargestellte Position S1 entspricht der Position des Schienenrads 3 unmittelbar vor dem Übergang in den Flachstellenbereich. Die Position S2 zeigt die Schienenradposition zu einem Zeitpunkt, indem die Flachstelle vollständig auf dem Schienenabschnitt 2 aufliegt. Die Position S3 zeigt die Schienenradposition, die unmittelbar nach dem Übergang aus dem Flachstellenbereich vorliegt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Bewegungslinie B(t) des Radmittelpunkts M des Schienenrads 3 wie folgt beschrieben werden kann (vergleiche hierzu die Figuren Fig. 7a/b, wobei in der Fig. 7a α = 0° entspricht). 0 < α ≤ φ 2 : r ∗ sin α r ∗ cos α
    Figure imgb0001
     φ 2 < α ≤ φ : l + r ∗ sin α − φ r ∗ cos α − φ
    Figure imgb0002
     φ < α ≤ 0 : l + r ∗ α − φ r
    Figure imgb0003
  • Der Drehwinkel α des Schienenrads 3 ist abhängig von der Kreisfrequenz und der Zeit, wobei die Kreisfrequenz insbesondere aus dem Rotationspositionssignal und der Zeit bestimmbar ist, weshalb für den Radmittelpunkt M ein Geschwindigkeitspositionssignal und ein Beschleunigungspositionssignal bestimmbar ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der dargestellte Bewegungsablauf dynamische Effekte unter anderem aufgrund der Trägheit der Massen des Schienenrads 3 und in der Radaufhängung gespeicherten Energie nicht berücksichtigt.

Claims (12)

  1. Drehgeber (1) zum Erfassen einer unabhängig einer Rotationsbewegung eines auf einem Schienenabschnitt (2) rotierbaren Schienenrads (3) wirkenden Beschleunigung, umfassend
    Rotationserfassungsmittel (4), die so ausgebildet sind, dass die Rotationsbewegung des Schienenrads (3) und/oder einer zwei Schienenräder (3) umfassenden Radachse durch wenigstens ein Rotationspositionssignal erfassbar ist,
    wobei von dem Drehgeber (1) umfasste Beschleunigungserfassungsmittel (5) vorgesehen sind, die so ausgebildet sind, dass eine unabhängig von der Rotationsbewegung auf das Schienenrad (3), insbesondere den Radmittelpunkt, wirkende Beschleunigung durch wenigstens ein Beschleunigungssignal erfassbar ist sowie Störstellendetektionsmittel (6), die so ausgebildet sind, dass das wenigstens eine Beschleunigungssignal auf wenigstens eine Abnormalität, bevorzugt wenigstens einen transienten Signalpeak, besonders bevorzugt eine positive und/oder negative Überhöhung in der Amplitude des Beschleunigungssignals, ganz besonders bevorzugt eine gerichtete und/oder impulsartige Beschleunigung, überwachbar ist, um eine Störstelle im Schienenrad (3) und/oder im Schienenabschnitt (2) zu erfassen.
  2. Drehgeber nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Rotationserfassungsmittel (4) und die Beschleunigungserfassungsmittel (5) miteinander in Wirkverbindung stehen, derart, dass einer Rotationsposition des Rotationspositionssignals ein, insbesondere auf den Radmittelpunkt wirkender, Beschleunigungswert des Beschleunigungssignals zuordenbar ist.
  3. Drehgeber nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Störstellendetektionsmittel (6) Überwachungsmittel (7) umfassen, die zum Auswerten des Beschleunigungssignals in Abhängigkeit des Rotationspositionssignals ausgebildet sind, derart, dass eine drehpositionsfeste Störstelle als eine Flachstelle im Schienenrad (3) und/oder eine drehpositionsunabhängige Störstelle als ein Schienenstoß und/oder Schienenübergang im Schienenabschnitt (2) erfassbar ist.
  4. Drehgeber nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Störstellendetektionsmittel (6) Analysemittel (8) mit mehreren Summengliedern (9a-c) umfassen, wobei die Anzahl der Summenglieder (9) einer vorgebbaren Anzahl von Drehwinkelteilbereichen (10) entspricht, um das Schienenrad (3) zum Abbilden einer Vollumdrehung, insbesondere gleichmäßig, aufzuteilen,
    wobei die Analysemittel (8) so ausgebildet sind, dass in einem rotierenden Betriebszustand des Schienenrads (3) Beschleunigungswerte über die entsprechende Rotationsposition einem Drehwinkelteilbereich (10a-c) zugeordnet werden und in dem entsprechenden Summenglied (9a-c) zu einer Summe aufaddiert werden, wobei die Summen zum Bestimmen der Ausprägung von Flachstellen und zur Detektion der Flachstellen ausgewertet werden.
  5. Drehgeber nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Analysemittel (8) zur Bestimmung der Ausprägung und einer ersten Detektion einer möglichen Flachstelle so ausgebildet sind, dass von sämtlichen Summengliedern (9a-c) der Betrag des Mittelwerts der jeweiligen Summe, insbesondere die jeweilige Summe geteilt durch die Anzahl der Summanden und davon der Betrag, bestimmt wird und aus den Mittelwerten sämtlicher Summenglieder der größte Mittelwert bestimmt wird und dieser Mittelwert als Maß für die Ausprägung der möglichen Flachstelle zugewiesen wird und der dem größten Mittelwert zugeordnete Drehwinkelteilbereich als ein Indikator für die erste Detektion der möglichen Flachstelle erfasst wird und insbesondere der größte Mittelwert als ein erstes Ausgangssignal (11) ausgegeben wird.
  6. Drehgeber nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Analysemittel (8) für eine weitere Detektion so ausgebildet sind, dass über mehrere fortlaufend erfasste Indikatoren die Streuung, insbesondere die Standardabweichung gebildet wird, wobei einer geringen Streuung eine hohe Auftrittswahrscheinlichkeit und einer hohen Streuung eine geringe Auftrittswahrscheinlichkeit als Kriterium zur Detektion einer Flachstelle zugeordnet wird und insbesondere die Auftrittswahrscheinlichkeit als ein zweites Ausgangssignal (11a) ausgegeben wird.
  7. Drehgeber nach Anspruch 5 und Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Analysemittel (8) zum Erzeugen eines Wartungsindikators so ausgebildet sind, dass der Wartungsindikator aus der Ausprägung, insbesondere dem größten Mittelwert, und der Auftrittswahrscheinlichkeit, insbesondere mittels Multiplikation, gebildet wird und der Wartungsindikator, insbesondere mittels eines dritten Ausgangssignals(11b) , an eine externe Auswerteeinheit übertragen wird.
  8. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Drehgeber (1) Kalibrierungsmittel (13) umfasst, wobei die Kalibrierungsmittel (13) so ausgebildet sind, dass in einem Kalibrierungszustand, der insbesondere nach dem Einschalten des Drehgebers (1) und/oder nach dem Erkennen eines ruhenden Betriebszustands des Schienenrads (3) durch eine Auswertung des Rotationspositionssignals automatisch aktivierbar ist, die Montageausrichtung des Drehgebers (1), insbesondere ein Anbauwinkel (β) des Drehgebers (1) zwischen einer Erfassungsachse (E) und einer Vertikalachse (V), mittels den Beschleunigungserfassungsmitteln (5) durch das Erfassen und Auswerten des Beschleunigungssignals, insbesondere von Beschleunigungswerten, erfassbar ist, um den Einfluss der Erdanziehungskraft auf das Beschleunigungssignal zu kompensieren.
  9. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Beschleunigungserfassungsmittel (5) so ausgebildet sind, dass die auf das Schienenrad (3) und/oder die Radachse einwirkende Beschleunigung zweidimensional oder dreidimensional, insbesondere entlang einer X- , Y- und Z-Achse, die jeweils zueinander orthogonal ausgerichtet sind, erfassbar ist und/oder dass die Beschleunigungserfassungsmittel (5) als ein mikromechanischer Beschleunigungssensor (14) und/oder ein MEMS ausgebildet sind.
  10. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Drehgeber (1) ein magnetisch oder optisch oder mechanisch codiertes Maßband (15) umfasst, wobei die Rotationserfassungsmittel (4) so ausgebildet sind, dass eine Relativbewegung zwischen dem Maßband (15), das insbesondere an einem Außenumfang der Radachse festlegbar ist, und den, insbesondere im Wesentlichen ortsfest zu der Radachse und an einem Radkastengehäuse festlegbaren, Rotationserfassungsmitteln (4) erfassbar ist, wobei die Rotationsposition kontinuierlich oder diskret durch das Rotationspositionssignal abbildbar ist.
  11. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Drehgeber (1) Wartungsmittel (16) umfasst, wobei die Wartungsmittel (16) so ausgebildet sind, dass beim Erkennen einer Flachstelle und/oder eines Schienenstoßes ein Wartungssignal erzeugbar ist, das insbesondere über Kommunikationsmittel an eine Wartungszentrale übermittelbar ist.
  12. Zug (17) umfassend wenigstens eine Radachse, wobei die Radsachse einen Drehgeber (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche umfasst.
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