EP4448367B1 - Track system comprising a spindle assembly having an integrated sensor - Google Patents
Track system comprising a spindle assembly having an integrated sensorInfo
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- EP4448367B1 EP4448367B1 EP22865882.9A EP22865882A EP4448367B1 EP 4448367 B1 EP4448367 B1 EP 4448367B1 EP 22865882 A EP22865882 A EP 22865882A EP 4448367 B1 EP4448367 B1 EP 4448367B1
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Description
Die vorliegende Erfindung ist im allgemeinen Bereich der integrierten Sensorik in mechanischen Baugruppen angesiedelt. So offenbart z. B. die
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleis-System mit Spindelbaugruppe im Eisenbahnbereich mit integriertem Sensor gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. Spindeltriebe sind hier zum Beispiel als Teil von Stellantrieben bekannt, wie z. B. die
Gattungsgemäße Spindeln umfassen eine integrale, endocorporale Sensoreinheit, wie sie die Anmelderin z. B. In der
Durch die endocorporale Anordnung sind Sensor-Baugruppen vor direkter Bewitterung und direktem Zugriff/ direkter Einwirkung geschützt und können zuverlässiger und langfristiger Messwerte für Steuer- sowie Regel-Systeme bereitstellen. Überraschender Weise finden sich im Markt der Spindeltriebe im Bereich spurgeführter Systeme/ Eisenbahnbereich keine Produkte, welche Sensorik wie vorbeschrieben als innovative und nützliche Baugruppe - insbesondere für spurgeführte Verkehre/ Gleis-Systeme - vorschlagen oder erläutern. Die Erfinder gehen davon aus, dass die erheblich höheren Anforderungen im ÖPNV- und Transport-Bereich der Schiene bezüglich Qualität und Lebenserwartung dies begründen: Legierungen, welche in Kraft-belasteter Mechanik eine Lebenserwartung von 25 bis 50 Jahre aufweisen und Steuer- sowie Regel-Baugruppen, welche gleichsinnig ausgebildet im Freien ähnliche Leistungsmerkmale bieten, sind hier nicht als Kombination etabliert. Gerade Steuer- und Regel-Baugruppen für digitale Prozessführung werden hier abweichend in etablierter Weise in eigenen Gehäusen angeordnet und Steuer- und Regel-Kreise werden dadurch komplex und kostspielig. Der Anmelderin sind Legierungen und Mechanik passender Qualität geläufig, aber das Anordnen von Steuer- und Regel-Baugruppen in solchen mechanischen Komponenten ist im Eisenbahnbereich bis jetzt nicht erkennbar Gegenstand von Diskussionen gewesen. Vor diesem Hintergrund ist die vorliegende Innovation in der Grundidee auf diesen Bereich allgemein ausgerichtet.The endocorporeal arrangement protects sensor assemblies from direct weathering and direct access/impact, enabling them to provide reliable and long-term measurement data for control systems. Surprisingly, the market for spindle drives in the rail/railway sector offers no products that propose or explain sensor technology as described above as an innovative and useful component – especially for rail-guided transport/track systems. The inventors assume that the significantly higher demands in the public transport and rail sector regarding quality and service life explain this: Alloys that exhibit a service life of 25 to 50 years in load-bearing mechanical applications and control assemblies that offer similar performance characteristics when designed in the open are not established as a combination in this sector. Control assemblies for digital process control, in particular, are typically housed in separate enclosures, resulting in complex and costly control circuits. The applicant is familiar with alloys and mechanics of suitable quality, but the arrangement of control and regulation assemblies in such mechanical components has not been the subject of discussion in the railway sector to date. Against this background, the present innovation is, in its basic concept, generally geared towards this area.
Aus der
Aus der
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Mithin besteht nach wie vor die Aufgabe, eine Bauweise vorzuschlagen, bei der eine Spindelbaugruppe im Eisenbahnbereich langlebig und robust mit zusätzlichen Sensoren ausrüstbar ist.Therefore, the task remains to propose a design in which a spindle assembly in the railway sector can be equipped with additional sensors in a durable and robust manner.
Die Lösung der Aufgabe, eine Spindelbaugruppe und ein Gleis-System mit Spindelbaugruppe im Eisenbahnbereich mit neuen, langlebigen Sensoren für Steuer- und Regel-Kreise auszurüsten, welche einem zunehmenden Bedarf an digitaler Prozessführung Rechnung tragen, erfolgt gemäß der Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 10. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Die Erfinder erklären sich den langjährig ungedeckten Bedarf nach digitaler Mess- und Regel-Technik im Gleisbereich wie folgt: Grundsätzlich ist der Bereich des Schienenverkehrs neben der direkten Bewitterung starken und belastenden Vibrationen und Erschütterungen ausgesetzt aber auch Manipulationsversuchen Dritter (Eingriffe). Bekannte Mess- und Regel-Technik versagte daher häufig oder war zu teuer, um breit Anwendung zu finden. Fortschritte im industriellen Qualitätsmanagement haben dann allmählich zu deutlich gleichmäßigeren und einheitlichen Qualitäten von Legierungsbestandteilen geführt. Weiterhin hat die Weiterentwicklung der Steuer- und Regel-Baugruppen für Stellantriebe zu gleichmäßigeren und besser kontrollierten Antriebskräften geführt. Das Zusammenspiel dieser beiden Faktoren kann erklären, warum eine üblicher Weise als Vollkörper gefertigte industrielle Spindel für das Ausbringen von Zug- oder Druck-Kräften im Kilo- bis Tonnen-Bereich überraschend mit einem innenliegenden Hohlraum versehen und über diesen mit zusätzlicher Mess- und Regel-Technik, umfassend Kraftsensoren für Druck- sowie Scher-Kräfte, ausgerüstet werden kann, ohne dass Lebenserwartung oder Performance beeinträchtigt werden. Fachleuten im hier relevanten Bereich ist zudem nicht bewusst, dass die Spindeltriebe für Gleisweichen in ihren Sicherheits-Margen für den Tonnenbereich ausgelegt sind; die üblichen, zum Teil auch händisch betätigbaren Weichensysteme benötigen für normalen (Regel-)Betrieb deutlich geringere Kräfte. Mithin ist den Konstrukteuren in diesem Bereich nicht bewusst, dass die hier in Gehäusen verbauten Spindelbaugruppen mit Spindelbaugruppen für Lasten im Tonnenbereich identisch sind. Zudem entspricht eine Änderung der Mechanik nicht den etablierten Herangehensweisen in diesem Bereich. Vielmehr wird ein Gleis-System wie z. B. die Bahninfrastruktur von ihren Betreibern als komplexes System angesehen, bestehend aus Unter- und Oberbau, Gleisen, Oberleitung sowie dem Signal-, Zugleit- beziehungsweise Zugsicherungssystem. Erst das fein abgestimmte Zusammenspiel langlebiger und robusten Komponenten inklusive dem rollenden Material erlaubt den reibungslosen und vor allem sicheren Schienenschnellverkehr. Dieser Sicherheit werden auf etablierte Weise die Design- und Handlungs-Strategien untergeordnet und regelmäßig wird solide Langlebigkeit einer möglichen Verbesserung vorgezogen, um Ausfallzeiten und Ausfallkosten minimal zu halten.The solution to the problem of equipping a spindle assembly and a track system with a spindle assembly in the railway sector with new, durable sensors for control circuits, which meet the increasing demand for digital process control, is achieved according to the features of independent claims 1 and 10. Advantageous embodiments result from the dependent claims and the following description. The inventors explain the long-standing unmet need for digital measurement and control technology in the railway sector as follows: In principle, the railway sector is exposed not only to direct weathering but also to strong and stressful vibrations and shocks, as well as to tampering attempts by third parties. Known measurement and control technology therefore often failed or was too expensive to be widely used. Advances in industrial quality management have gradually led to significantly more consistent and uniform qualities of alloy components. Furthermore, the further development of control assemblies for actuators has resulted in more consistent and better-controlled drive forces. The interplay of these two factors can explain why an industrial spindle, typically manufactured as a solid body and designed to apply tensile or compressive forces in the kilogram to tonne range, can surprisingly be equipped with an internal cavity and fitted with additional measuring and control technology, including force sensors for compressive and shear forces, without affecting its lifespan or performance. Furthermore, experts in the relevant field are often unaware that the spindle drives The safety margins for track switches are designed for loads in the ton range; the usual switch systems, some of which are manually operated, require significantly less force for normal (regular) operation. Consequently, the designers in this area are unaware that the spindle assemblies installed in housings here are identical to spindle assemblies designed for loads in the ton range. Furthermore, modifying the mechanics does not conform to established approaches in this field. Rather, a track system, such as railway infrastructure, is viewed by its operators as a complex system consisting of substructure and superstructure, tracks, overhead lines, and the signaling, train control, and train protection systems. Only the finely tuned interplay of durable and robust components, including the rolling stock, enables smooth and, above all, safe high-speed rail traffic. Design and operational strategies are traditionally subordinated to this safety, and robust durability is regularly prioritized over potential improvements in order to minimize downtime and associated costs.
Weiterhin haben sich drahtlose Maßnahmen wie Datenkommunikation, Nahfeld-Aufladung, Energy Harvesting oder auch LAN-Fähigkeit von Baugruppen in technisch parallelen Bereichen entwickelt: Was in trockenen Räumen, Gebäuden und mit Mobiltelefonen funktioniert, versagt regelmäßig bei direkter Bewitterung im Freien. Entsprechend sehen Datenerfassungs-Geräte im Bereich der Eisenbahn-Technik stets Datenleitungen, gekapselte Gehäuse und schwere, dauerhafte Montage-Mechaniken vor. Somit ist einem Fachmann im hier relevanten Bereich keine Maßnahme als ausreichend sicher und langlebig vertraut, welche auf drahtlose, stationäre Teil-Netzwerke oder komplex integrierte, unabhängige und vor Ort montierbare Baugruppen setzen würde.Furthermore, wireless technologies such as data communication, near-field charging, energy harvesting, and LAN capability of assemblies have developed in technically parallel fields: What works in dry rooms, buildings, and with mobile phones regularly fails under direct outdoor exposure to the elements. Accordingly, data acquisition devices in railway technology always incorporate data cables, encapsulated housings, and heavy-duty, durable mounting mechanisms. Therefore, a specialist in this relevant field is not familiar with any method that relies on wireless, stationary subnetworks or complexly integrated, independent, and field-mountable assemblies as sufficiently reliable and durable.
Mithin wird vorliegend erstmals eine überraschend einfache und vorteilhafte Lösung vorgeschlagen, mit der diesem langjährigen Bedarf in diesem speziellen Bereich entgegen den etablierten Vorurteilen, dass solche Bauteile nicht dauerhaft funktionieren werden, begegnet werden kann.Therefore, for the first time, a surprisingly simple and advantageous solution is proposed that can address this long-standing need in this specific area, contrary to the established prejudices that such components will not function permanently.
Erfindungsgemäß umfasst ein Gleis-System eine Spindelbaugruppe mit mindestens einem integriertem Sensor, wobei der mindestens eine Sensor über eine integrale und endocorporale Sensorbaugruppe im verschlossenen Inneren der für Lasten im Tonnenbereich ausgelegten Spindel in die Spindelbaugruppe integriert ist. 'endocorporal' bezeichnet hierbei in Analogie zum Begriff 'Endoskelett' die Anordnung der Sensorbaugruppe im Inneren eines Körpers und 'integral' weist auf die wirksame Anbindung an den Körper selbst hin: Die Sensorbaugruppe ist in den Körper so eingefügt, dass die Volumen-Zustände und Volumen-Eigenschaften des Körpers wie zum Beispiel elastische Deformation, Volumenleitfähigkeit, Temperatur, Temperaturgradient etc. erfassbar werden. Mithin bezeichnet 'integral' eine stoffliche und datentechnisch nutzbare Verbindung zwischen der endocorporalen Komponente und dem Körper selbst. Vorliegend handelt es sich bei dem Körper um eine Spindel; Leitfähigkeiten, einwirkende Kräfte und Temperatur sind in ihren Beträgen und Gradienten durch die so eingefügte Sensorbaugruppe zum Beispiel erfassbar. Die Sensorbaugruppe ist somit in die Spindelbaugruppe spezifisch integriert. Bezüglich möglicher, zusätzlicher Merkmale, Funktionen und Maßnahmen für eine solche Spindelbaugruppe wird auf die Lehre der
Im erfindungsgemäßen Gleis-System, umfassend eine Spindelbaugruppe mit mindestens einem integriertem Sensor, ist der mindestens eine Sensor über eine integrale und endocorporale Sensorbaugruppe im verschlossenen Inneren der für Lasten im Tonnenbereich ausgelegten Spindel in die Spindelbaugruppe integriert. Dadurch wird es erstmals möglich, über Messdaten wie z. B. Leitfähigkeiten, Spannungen, Kräfte, Drehmomente oder auch Datengruppen wie frequenzabhängige Leitfähigkeit, frequenzabhängige Ultraschall-Resonanz, frequenzabhängige Durchlässigkeit oder Resonanz für Radiowellen oder Gruppenleitfähigkeit ganzer, mechanischer Baugruppen wie z. B. einer Gleisweiche, Aussagen zu verschiedenen Zuständen eines im Freienn befindlichen Gleis-Systems mit überraschender Genauigkeit abzuleiten. So können bevorzugt für offene Gleis-Systeme auf offener Strecke, in Tunneln, in Bahnhöfen und auch in unterirdischen Streckenabschnitten sicher und dauerhaft Daten generiert, gesammelt, ausgewertet und zur Steuerung und/oder Regelung herangezogen werden. Bevorzugt gekoppelt mit ergänzenden Daten wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur oder auch Temperaturgradienten können Betriebszustände in verbesserter Qualität und Dauerhaftigkeit quantitativ bewertet und zu Steuer- sowie Regel-Aufgaben herangezogen werden und die Betriebs-Sicherheit und -Beständigkeit kann erhöht werden. Übergeordnete Mess- und Regel-Systeme des Gleis-Systems werden dadurch effektiver und präziser und der Betrieb des Gleis-Systems wird insgesamt effizienter.In the track system according to the invention, comprising a spindle assembly with at least one integrated sensor, the at least one sensor is integrated into the spindle assembly via an integral and endocorporeal sensor assembly within the sealed interior of the spindle, which is designed for loads in the ton range. This makes it possible, for the first time, to derive statements about various states of an open-air track system with surprising accuracy from measurement data such as conductivities, stresses, forces, torques, or even data groups such as frequency-dependent conductivity, frequency-dependent ultrasonic resonance, frequency-dependent transmittance or resonance for radio waves, or group conductivity of entire mechanical assemblies such as a track switch. Thus, data can be reliably and continuously generated, collected, evaluated, and used for control and/or regulation, preferably for open track systems on open track, in tunnels, in stations, and also in underground track sections. Ideally, when coupled with supplementary data such as humidity, temperature, or temperature gradients, operating conditions can be quantitatively evaluated with improved quality and durability and used for control and regulation tasks, thereby increasing operational reliability and stability. This makes higher-level measurement and control systems of the track system more effective and precise, and the overall operation of the track system becomes more efficient.
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe im Abzweigbereich in einem Spur-geführten System angeordnet. Abzweigbereiche bei denen ein Spurwechsel eines Fahrzeugs auf durch Gleise vorgegebene Spur-Wege vorgesehen ist, sind regelmäßig neuralgische Punkte: Durch den Spurwechsel werden Übergangsbereiche vermehrt belastet und führen im Störungsfall zu einem Betriebsstopp für sämtliche sich dort kreuzenden Spuren. Durch die verbesserte Kontrolle eines solchen Bereichs mit langlebigen und wirksam geschützten Sensoren können solche Störungsfälle schon im/ vor Beginn detektiert und über geeignete Maßnahmen vermieden werden.Preferably, the spindle assembly is arranged in a track-guided system within the junction area. Junction areas, where a vehicle is scheduled to change lanes onto track paths defined by rails, are regularly critical points: The lane change increases the load on transition areas and, in the event of a malfunction, leads to a shutdown of all intersecting lanes. Improved monitoring of such areas with durable and effectively protected sensors allows such malfunctions to be detected before they even begin and prevented through appropriate measures.
Besonders bevorzugt ist die Spindelbaugruppe im Gleisbettbereich angeordnet; der Gleisbettbereich ist als freier, flächig zugänglicher Bereich direkter Bewitterung ausgesetzt und dadurch besonders störanfällig bei rasch wechselnden Witterungsbedingungen; Erfassung der notwendigen und ausübbaren Betriebskräfte und begleitender, akustischer Kennzeichen im Betrieb erlauben hier gleichsinnig eine verbesserte Analyse des IST-Zustands; so können Spur-Wechsel-Bereiche wirksamer durch vorbeugende Maßnahmen im Betrieb gehalten werden. Besonders bevorzugt ist eine Spindelbaugruppe in mindestens einem gekapselten Stellmotor einer Gleisweiche angeordnet. Der bereits gekapselte Motor ist doppelt nach Außen hin abgeschirmt und bietet eine besonders robuste, Zeit einsparende und sichere Möglichkeit (da außerhalb des Fahrwegs), Mess- und Regel-Technik in ein bestehendes System als Wartungs- sowie Austausch-Element zu integrieren, ohne dass das System an sich geändert oder ergänzt werden muss, lediglich wird die analoge Spindel gegen die smarte Spindel ausgetauscht. Besonders vorteilhaft ist Letzteres mit einer Drahtlos-Kommunikation über die Sensorbaugruppe kombiniert, um direkt über vorhandene oder parallele oder zusätzliche Funknetze, bevorzugt das WLAN-Funknetz vorbeifahrender Züge, Daten abzugleichen und aktuell zu halten.The spindle assembly is particularly preferably arranged in the track bed area; the track bed area, as a free, easily accessible area, is directly exposed to the elements and therefore particularly susceptible to malfunctions under rapidly changing weather conditions; recording the necessary and applicable operating forces and accompanying acoustic indicators during operation allows for a similar approach here. Improved analysis of the current state allows for more effective preventative measures to be taken to maintain track-changing areas. A spindle assembly is preferably arranged in at least one encapsulated actuator of a track switch. The already encapsulated motor is doubly shielded externally and offers a particularly robust, time-saving, and safe way (since it is located outside the track) to integrate measurement and control technology into an existing system as a maintenance and replacement element, without requiring any modification or addition to the system itself; only the analog spindle is replaced with the smart spindle. The latter is particularly advantageous when combined with wireless communication via the sensor assembly to directly compare and update data via existing, parallel, or additional radio networks, preferably the WLAN network of passing trains.
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe Zustände eines Bahn-technischen Systems erfassend und digital und/oder analog an Mess- und Regel-Systeme weiterleitend ausgebildet, durch Verwenden beständiger (z.B. gegen Öle) Kabelmantel sind diese ausreichend gegen im Bahnbetrieb vorherrschende Flüssigsstoffe geschützt.Preferably, the spindle assembly is designed to detect the states of a railway technical system and transmit them digitally and/or analogously to measuring and control systems; by using resistant (e.g. against oils) cable sheaths, these are sufficiently protected against liquids prevalent in railway operations.
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe über eine digitale und/oder analoge Kommunikation in bestehende und parallele Systeme integriert.Preferably, the spindle assembly is integrated into existing and parallel systems via digital and/or analog communication.
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe mit weiteren Spindelbaugruppen gleicher Art über eine digitale Kommunikation zu einem peer-to-peer Netzwerk für Notfälle verbindbar.Preferably, the spindle assembly can be connected to other spindle assemblies of the same type via digital communication to a peer-to-peer network for emergencies.
Bevorzugt umfasst die Spindelbaugruppe eine werkzeugfreie Schnellspann-Vorrichtung mit Diebstahlsicherung, eine Energieversorgung und einen Sender und trägt einer Anwendung mit eingeschränkten, gegebenen Platzverhältnissen Rechnung.Preferably, the spindle assembly includes a tool-free quick-clamping device with anti-theft protection, a power supply and a transmitter, and takes into account an application with limited, given space conditions.
Bevorzugt ist in der Spindelbaugruppe ein elektrischer Spindeltrieb Bewegungs- und Kraft-Profile pneumatisch geregelter Schubmechaniken nachbildend ausgebildet.Preferably, an electric spindle drive is designed in the spindle assembly to replicate the motion and force profiles of pneumatically controlled thrust mechanisms.
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Baugruppe zur Synchronisation mit einem Zeitsignal.Preferably, the sensor includes a module for synchronization with a time signal.
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Multiplex-Baugruppe, über welche Datenpakete synchronisierend mit weiteren Spindelbaugruppen gleicher Art austauschbar sind. In besonders bevorzugter Kombination mit einer Baugruppe zur Synchronisation mit einem Zeitsignal können mehrere Spindelbaugruppen an verschiedenen Kraftangriffspunkten im Synchronlauf betrieben werden. Das gleichmäßige, gleichförmige Verlagern aber auch das effiziente Einstellen vor erstmaliger Nutzung langer Gleis-Segmente wie sie zum Beispiel bei Hochgeschwindigkeits-Weichen benötigt werden, kann so effizienter und mit weniger Verschleiß erfolgen und regelmäßig überprüft werden. Weiterhin ermöglichen die Sensorpakete bei jedem Kraftangriffspunkt eine Datenerfassung der begleitenden Reib- und Deformations-Kräfte und können Verschleiß, Verschmutzung und auch sich anstauende Verunreinigungen im Weichen-System früher und effizienter detektieren. Notwendigkeit und Art einer Wartung des Gleis-Systems in diesem Abschnitt, insbesondere im Bereich von Hochgeschwindigkeits-Weichen, wird dadurch besser erkannt und die Betriebssicherheit und Ausfallsicherheit erhöht.Preferably, the sensor includes a multiplex assembly through which data packets are transmitted. The spindle assemblies are interchangeable and synchronized with other spindle assemblies of the same type. In a particularly advantageous combination with a time signal synchronization module, multiple spindle assemblies can be operated synchronously at different force application points. This allows for more efficient and uniform movement, as well as the efficient adjustment of long track segments before initial use, such as those required for high-speed turnouts, with less wear and tear, and enables regular monitoring. Furthermore, the sensor packages allow for data acquisition of the accompanying frictional and deformation forces at each force application point, enabling earlier and more efficient detection of wear, contamination, and accumulating impurities within the turnout system. This improves the identification of the necessity and type of track system maintenance in this section, particularly in the area of high-speed turnouts, thereby increasing operational reliability and dependability.
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe im Gleisbettbereich/ Oberbaubereich angeordnet. Der Gleisbettbereich ist regelmäßig hohen Belastungen ausgesetzt, welche sowohl direkte Bewitterung als auch Vibrationen und freigesetzte Betriebsmittel und Rieselverlusten durch Züge und Güterwagen umfasst. Hinzu kommen natürliche Belastungen durch Pflanzenbewuchs, Nagetierpopulationen sowie Setzbewegungen im Untergrund/ Unterbau und Oberbau. Gleichmäßige und Kraft aufnehmende Verbindung von Schwellen, Gleisen und Gleisbett sind zu kontrollieren. Spannungen in den Gleisen, atypische Vibrationen in der Nutzung und durch Befahrung und auch elastische Deformationen und damit einhergehende Änderungen der Klangcharakterisitk und Leitfähigkeit indizieren hier unzulässige Abweichungen von einem Soll-Zustand. Bevorzugt werden die mit dem vorliegend beanspruchten Gegenstand zugänglichen Messdaten an ein System zur Zustandsüberwachung übergeben; ein System zur Zustandsüberwachung korreliert Messwerte während und außerhalb der Nutzungszeiten und kann erste Abweichungen der IST-Werte von SOLL-Werten mit möglichen Fehlerursachen korrelieren und diese vorteilhaft über weitere Messwerterfassungen korrelieren/ kontrollieren und/oder bestätigen oder widerlegen; eine Betriebszustands-Überwachung wird so zugänglich, welche vorteilhaft den Eisenbahnoberbau als Ganzes umfassen und Wartungen, Reparaturen und Betriebs-Sicherheit vorteilhaft verbessern kann.Preferably, the spindle assembly is arranged in the track bed/superstructure area. The track bed area is regularly exposed to high loads, including direct weathering, vibrations, and released operating fluids and leakage from trains and freight cars. In addition, there are natural loads from vegetation, rodent populations, and settlement movements in the subsoil/substructure and superstructure. A uniform and load-bearing connection between sleepers, rails, and track bed must be monitored. Stresses in the rails, atypical vibrations during use and from traffic, as well as elastic deformations and the associated changes in sound characteristics and conductivity, indicate unacceptable deviations from a target condition. Preferably, the measurement data accessible with the claimed device are transmitted to a condition monitoring system. A condition monitoring system correlates measured values during and outside of operating hours and can correlate initial deviations of actual values from target values with possible causes of errors and advantageously correlate/control and/or confirm or refute these via further measured value acquisitions; thus, operational condition monitoring becomes accessible, which can advantageously encompass the railway superstructure as a whole and can advantageously improve maintenance, repairs and operational safety.
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe Teil einer Weichen-Mechanik. In einer Weichen-Mechanik kommen zu den allgemeinen Belastungen im Gleisbett noch mögliche Blockaden, Deformationen oder Korrosion der für die Funktion notwendig beweglichen, aneinander angelenkten Komponenten hinzu; weiterhin können die bewegten Komponenten durch Fremdkörper, Vereisung, Deformation oder Korrosion gehemmt oder in ihrer Funktion komplett beeinträchtigt sein. Unstete Kraft- oder Drehmoment-Änderung, Geräusche im Betrieb, unstete Änderungen in Gleitreibung und/oder Haftreibung, unstet ansteigende Verfahrkräfte, starke Änderungen von Gruppenleitfähigkeiten sowie atypische Betriebsgeräusche indizieren Betriebszustände, welche vorteilhaft mit vorbeugendem Eingriff vor Ort einen Systemausfall und Standzeiten sowie die damit verbundenen Kosten verhindern können.Preferably, the spindle assembly is part of a turnout mechanism. In a turnout mechanism, in addition to the general stresses in the track bed, there are also potential blockages, deformations, or corrosion of the movable, interconnected components necessary for its function; furthermore, the moving components can be impeded or completely impaired by foreign objects, icing, deformation, or corrosion. Unsteady force or torque changes, operating noise, unsteady changes in sliding and/or static friction, unevenly increasing travel forces, significant changes in group conductivity, and atypical operating noises indicate operating conditions that can be advantageously prevented through preventive on-site intervention, thus avoiding system failure, downtime, and the associated costs.
Bevorzugt umfasst die Spindel mindestens einen zumindest anteilig in das Gewinde eingelegten Draht, welcher als Antenne, bevorzugt als Daten-Antenne und/oder Lade-Antenne, verwendbar ist; das drahtlose Laden und/oder Kommunizieren ermöglicht zeitsparend das Auswerten sowie Aufladen über etablierte Nahbereichs-Sender und Empfänger, ohne dass ein Ausbau oder der Anschluss an eine Auswerteinheit notwendig wird.Preferably, the spindle comprises at least one wire inserted at least partially into the thread, which can be used as an antenna, preferably as a data antenna and/or charging antenna; wireless charging and/or communication enables time-saving evaluation and charging via established short-range transmitters and receivers, without the need for expansion or connection to an evaluation unit.
Besonders bevorzugt dient mindestens ein Kondensator mit hoher Kapazität, auch als Ultracap bezeichnet, als Energiespeicher; Kondensatoren bieten im Vergleich zu etablierten Batterien sehr viel mehr Lade- und Entlade-Zyklen und eine bessere Stromfestigkeit bei schnellem Aufladen in kurzer Zeit.A particularly preferred energy storage device is at least one high-capacity capacitor, also known as an ultracap; compared to established batteries, capacitors offer significantly more charge and discharge cycles and better current handling during rapid charging in a short time.
Besonders bevorzugt werden Verfahrkräfte sowie Verfahrwege erfasst und zur digitalen Regelung der Verfahrgeschwindigkeit und/oder der Verfahrkraft herangezogen; Anschlags- sowie End-Punkte während des Verfahrens von mechanischen Komponenten von einer Stellung in die andere können iterativ oder auch entsprechend einer digital hinterlegten, durch Berechnung, Fourier-Transformation oder Approximation ermittelten Steuerzeichenkette geregelt werden; vorteilhaft können so digital weiche und schonende Start-, Verfahr- und Brems-Geschwindigkeiten und/oder -Kräfte geregelt und/oder gesteuert werden. Das digitale Nachbilden von etablierten, hydraulischen oder pneumatischen Komponenten wie z. B. Brems-, Puffer- oder Hemm-Zylindern wird so erstmals zugänglich.Particularly preferred are the acquisition of travel forces and distances, which are then used for the digital control of travel speed and/or travel force. Stop and end points during the movement of mechanical components from one position to another can be controlled iteratively or according to a digitally stored control string determined by calculation, Fourier transformation, or approximation. Advantageously, this allows for the digital control and/or regulation of smooth and gentle starting, travel, and braking speeds and/or forces. The digital simulation of established hydraulic or pneumatic components, such as brake, buffer, or damping cylinders, is thus made possible for the first time.
Bevorzugt ist die Spindelbaugruppe mit elektrisch messbarem Kontakt zu mindestens einem Teil des Gleisbetts angeordnet. Durch Verwendung elektrisch zumindest ableitend eingestellter Werkstoffe und Schmiermittel kann ein Stromsignal gezielt über sämtliche, mechanisch miteinander gekoppelte Komponenten in die Erde eingespeist werden; bevorzugt erlaubt Analyse des über die Erde abfließenden Restsignals, Abgleich mit hinterlegten Datensätzen und Korrelation mit bekannten Änderungen für Erdfeuchte, Luftfeuchtigkeit und Temperatur die Überprüfung einer gesamten Baugruppe auf ein Mal. Vorteilhaft kann durch sukzessives Vorspannen des Spindeltriebs in Ein- oder Ausfahr-Stellung mit eingestelltem Drehmoment abwechselnd die für Einfuhr sowie Ausfuhr notwendige Gleitfläche separat geprüft und eine exaktere Prüfung der Spindeltrieb-Komponenten durchgeführt werden.Preferably, the spindle assembly is arranged with electrically measurable contact to at least a portion of the track bed. By using electrically conductive materials and lubricants, a current signal can be selectively injected into the ground via all mechanically coupled components. Preferably, analysis of the residual signal flowing through the ground, comparison with stored data sets, and correlation with known changes in soil moisture, humidity, and temperature allows for the inspection of the entire assembly at once. Advantageously, by successively pre-tensioning the spindle drive in the extension or retraction position with a set torque, the sliding surface required for insertion and retraction can be tested separately, and a more precise inspection of the spindle drive components can be carried out.
Besonders bevorzugt ermöglicht eine Analyse von Messwerten eine Zuordnung einer Abweichung; durch Korrelation von Werten während des Betriebs und außerhalb des Betriebs wird vorteilhaft eine Schlussfolgerung möglich, ob der Grund für die Abweichung der Mechanik der Baugruppe oder dem Aufbau und Zustand des umgebenden Gleisbetts und Bahnoberbaus oder beidem zuzuordnen ist; die notwendige Wartung oder Reparatur kann so vorteilhaft direkt z. B. auf Gleisbett, Gleiskörper, Antrieb oder Spindelbaugruppe einzeln oder in Kombination ausgerichtet werden. Das Warten und Instandhalten des gesamten Bahnoberbaus kann dadurch effizienter, schneller und günstiger geregelt werden, Unterbrechungen werden reduziert, missbräuchliche Nutzung und unzureichende Instandhaltung/ -setzung detektiert.Particularly advantageous is the analysis of measured values, which allows for the identification of a deviation. By correlating values during and outside of operation, it is beneficial to determine whether the cause of the deviation lies in the mechanics of the assembly, the structure and condition of the surrounding track bed and superstructure, or both. The necessary maintenance or repair can thus be advantageously directed, for example, to the track bed, track structure, drive, or spindle assembly, individually or in combination. This allows for more efficient, faster, and more cost-effective management of the entire track superstructure, reducing downtime and detecting misuse and inadequate maintenance.
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Wechselstromsignal-Emitterbaugruppe. Ein Wechselstromsignal mit voreingestellter Frequenz wird kapazitive Widerstände, welche sich bei der Frequenz kaum aufladen, nicht wahrnehmen. Mithin erlaubt ein Wechselstromsignal konstanter Frequenz eine selektive Überprüfung charakteristischer Wechselstromwiderstände von Baugruppenteilen bei ermittelten, vorgegebenen Frequenzen.Preferably, the sensor comprises an AC signal emitter assembly. An AC signal with a preset frequency will not detect capacitive resistances, which hardly charge at that frequency. Therefore, an AC signal of constant frequency allows for the selective testing of characteristic AC resistances of assembly components at determined, predefined frequencies.
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Wechselstromsignal-Detektorbaugruppe, besonders bevorzugt eine Impedanz-Analyse-Baugruppe. Frequenz-aufgelöste Analyse einer Wechselstromleitfähigkeit ergibt für Volumenleitfähigkeiten, Korngrenzleitfähigkeiten und Oberflächenleitfähigkeiten sowie kapazitive und induktive Baugruppen oder Anteile häufig separierbare Anteile; mithin kann vorteilhaft mit variierter Frequenz und nachfolgender Analyse der Impedanz eine komplette, leitfähig miteinander verbundene Baugruppe auf Gleichmäßigkeit und Konstanz der Korngrenzen, Volumina und Oberflächen geprüft werden. Korrosion, Mikrorisse, Risse, Fremdbeiträge durch Eis, Rost oder eingeklemmte Fremdkörper können vorteilhaft verbessert erkannt, konkreteren Abschnitten zugeordnet und in Steuer- sowie Regel-Kreisen berücksichtigt werden.The sensor preferably comprises an AC signal detector assembly, and more preferably an impedance analysis assembly. Frequency-resolved analysis of an AC conductivity yields volume conductivities and grain boundary conductivities. Surface conductivities, as well as capacitive and inductive components or assemblies, are often separable components; thus, a complete, conductively interconnected assembly can be advantageously tested for uniformity and consistency of grain boundaries, volumes, and surfaces by varying the frequency and subsequent impedance analysis. Corrosion, microcracks, cracks, and foreign material contributions from ice, rust, or trapped foreign bodies can be advantageously detected more effectively, assigned to more specific sections, and taken into account in control and regulation circuits.
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Baugruppe zur drahtlosen Datenkommunikation; eine Funkverbindung, besonders bevorzugt eine Funkverbindung über die jeweiligen WLAN-Netze vorbeifahrender Züge, erlaubt das direkte Austauschen von Messdaten. Abfragen und Regelkreisbefehlen.Preferably, the sensor includes a module for wireless data communication; a radio connection, particularly preferably a radio connection via the respective WLAN networks of passing trains, allows the direct exchange of measurement data, queries, and control loop commands.
Bevorzugt umfasst der Sensor eine Multiplex-Baugruppe, über welche Datenpakete einem Versorgungsstrom weiterer Baugruppen modulierend überlagert ausgebbar, bevorzugt bidirektional erzeugbar, sind. Vorteilhaft kann eine Stromversorgungsleitung durch Modulation und parasitäre Signal-Überlagerung des darin verfügbaren Stroms parallel als Daten-Anbindung genutzt werden; vorteilhaft ermöglicht dies einen Datenaustausch ohne zusätzliche, physische Datenleitungen.Preferably, the sensor comprises a multiplexing module via which data packets can be output by modulating and superimposing them onto the supply current of other modules, preferably bidirectionally. Advantageously, a power supply line can be used in parallel as a data connection by modulating and parasitically superimposing the available current; this advantageously enables data exchange without additional physical data lines.
Bevorzugt erfolgt der Datenaustausch verschlüsselt; vorteilhaft erschwert dies den Eingriff oder das Mitlesen durch unbefugte Dritte.Data exchange is preferably encrypted; this makes it more difficult for unauthorized third parties to interfere with or read the data.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen. Die vorbeschriebenen Merkmale und Vorteile und nachfolgenden Ausführungsbeispiele sind - sofern nicht explizit als solche beschrieben - nicht als abschließende Merkmalskombinationen aufzufassen. Zusätzliche, vorteilhafte Merkmale und zusätzliche Merkmalskombinationen, wie sie in der Beschreibung erläutert und gemäß den hier zitierten Dokumenten und ihrem Stand der Technik verfügbar sind, können im Rahmen der unabhängigen Ansprüche im beanspruchten Gegenstand sowohl einzeln als auch abweichend kombiniert verwirklicht werden, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen würde.Further advantages arise from the exemplary embodiments. The features and advantages described above and the following exemplary embodiments are not to be considered exhaustive combinations of features unless explicitly described as such. Additional advantageous features and combinations of features, as explained in the description and available according to the documents cited herein and their prior art, can be implemented in the claimed subject matter, both individually and in different combinations, within the scope of the independent claims, without departing from the scope of the invention.
In vorteilhafter Ausführungsform weist eine erfindungsgemäße Spindelbaugruppe im Eisenbahnbereich mindestens einen integrierten Sensor auf. Der mindestens eine Sensor ist als integrale und endocorporale Sensorbaugruppe in die Spindel einer Spindelbaugruppe integriert. Die Spindelbaugruppe ist im Gleisbettbereich angeordnet und Teil einer Weichen-Mechanik. Die Spindelbaugruppe ist mit elektrisch messbarem Kontakt zu mindestens einem Teil des Gleisbetts montiert. Der Sensor umfasst eine Wechselstromsignal-Emitterbaugruppe mit Wechselstromsignal-Detektorbaugruppe und Impedanz-Analyse-Baugruppe. Über einen Mikrospeichercontroller, bevorzugt einen FRAM-Mikrocontroller mit nichtflüchtigem Speicher mit verbesserter Ausfallsicherheit, umfasst der Sensor eine Baugruppe zur drahtlosen Datenkommunikation. Weiterhin umfasst der Sensor eine Multiplex-Baugruppe, über welche Datenpakete einem Versorgungsstrom weiterer Baugruppen modulierend überlagert ausgebbar, bevorzugt bidirektional erzeugbar, sind.In an advantageous embodiment, a spindle assembly according to the invention in the railway sector has at least one integrated sensor. The at least one sensor is integrated into the spindle of a spindle assembly as an integral and endocorporeal sensor assembly. The spindle assembly is arranged in the track bed area and is part of a turnout mechanism. The spindle assembly is mounted with electrically measurable contact to at least a part of the track bed. The sensor comprises an AC signal emitter assembly with an AC signal detector assembly and an impedance analysis assembly. Via a micromemory controller, preferably a FRAM microcontroller with non-volatile memory with improved reliability, the sensor includes a module for wireless data communication. Furthermore, the sensor includes a multiplexing module via which data packets can be output by modulating a supply current of other modules, preferably bidirectionally.
Durch im Inneren einer Spindel angeordnete Sensor-Baugruppen wird so die etabliert langlebige Spindel mindestens eines Spindeltriebs einer Gleisweiche erstmals zu einer kommunikationsfähigen Daten-Erfassungs-Einheit, welche Messwerte erfassen und auswerten und Betriebszustände bewerten und mitteilen kann.By integrating sensor modules inside a spindle, the established, durable spindle of at least one spindle drive of a track switch is transformed for the first time into a communication-capable data acquisition unit, which can record and evaluate measured values and assess and communicate operating conditions.
In vorteilhafter Ausführungsform werden Sensordaten zur Prüfung des Zustandes von Baugruppen im Eisenbahnbereich herangezogen. Die Sensordaten umfassen dabei bevorzugt mindestens ein Datenpaket aus einer Gruppe von Datenpaketen, die Gruppe von Datenpaketen umfassend, bevorzugt bestehend aus, Ultraschall-Echo, Ultraschall-Echo mit variierter Frequenz, Wechselstromwiderstand, Wechselstromwiderstand mit variierter Frequenz, Frequenz und Intensität einer Resonanz-Schwingung, elektrischer Widerstand, elektrischer Widerstand eines Gleisabschnitts, elektrischer Widerstand eines Gleisbett-Abschnitts, elektrischer Widerstand mindestens einer Bahnschwelle, elektrischer Widerstand der Gleis-Oberfläche, elektrischer Volumen-Widerstand von Komponenten der Gleisweiche, Elektrischer Korngrenz-Widerstand von Komponenten der Gleisweiche, Gleistemperatur, Gleisbett-Temperatur, Temperatur mindestens einer Komponente einer Weiche, Torsionsspannung, Resonanzfrequenz, Resonanzfrequenzen, Druck, Kraft, Drehmoment, Gleitreibung, Haftreibung, Leitfähigkeit, Feuchtigkeit, Luftfeuchtigkeit, Erdfeuchtigkeit, Lokaltemperatur, Spannung, Strom, Schwingungsverhalten, Betriebsakustik.In an advantageous embodiment, sensor data are used to check the condition of assemblies in the railway sector. The sensor data preferably comprise at least one data package from a group of data packages, the group of data packages preferably consisting of: ultrasonic echo, ultrasonic echo with varying frequency, AC resistance, AC resistance with varying frequency, frequency and intensity of a resonant oscillation, electrical resistance, electrical resistance of a track section, electrical resistance of a track bed section, electrical resistance of at least one sleeper, electrical resistance of the track surface, electrical volume resistance of components of the track switch, electrical grain boundary resistance of components of the track switch, track temperature, track bed temperature, temperature of at least one component of a switch, torsional stress, resonant frequency, resonant frequencies, pressure, force, torque, sliding friction, static friction, conductivity, humidity, atmospheric humidity, ground moisture, local temperature, voltage, current. Vibration behavior, operating acoustics.
Bevorzugt ermöglichen Mess- sowie Regel-Werte einen Rückschluss auf den Zustand von Baugruppen auch, bevorzugt ausschließlich, im Ruhezustand; dies trägt dem Problem Rechnung, dass etablierte Regelkreise häufig nur Messwerte im Betrieb erfassen und dann erst kurz vor der entscheidenden Funktion/Anwendung eine Fehler-Erkennung ermöglichen. Durch Messwert-Erfassung im Ruhezustand und/oder in einem Testbetrieb mit geringem Verfahrweg können Mängel besser außerhalb des Betriebs erkannt und behoben werden, wodurch die Ausfallsicherheit des Gesamtsystems vorteilhaft erhöht wird. Hierbei sind auch im Ruhezustand des Spindeltriebs, also nach einem Stellvorgang einer Weiche, Messungen möglich und vorteilhaft vorgesehen. Hierbei kann auch die Spindel selbst über ihre Leitfähigkeit und die mechanische, oft leitfähige, Anbindung an das Gleis-System als Datenquelle Verwendung finden. Eine erfindungsgemäß ausgerüstete Spindel kommt somit bevorzugt dauerhaft - während des Betriebs / Umlegens einer Weiche und auch danach / bei Überfahrt von Zügen als Messpunkt zum Tragen. Eine Kommunikation sowie messtechnische, zusätzliche Erfassung von und mit den passierenden Zügen und digital kommunikationsfähigen Verkehrsteilnehmern bietet dabei einen Verbund von Daten-Netzen, welcher besonders bevorzugt durch parallele, redundante Übertragung wichtiger Zustandsdaten die Betriebssicherheit erhöhen und Ausfälle sowie Unfälle verbessert vermeiden kann; besonders vorteilhaft können so bei flächig umschließend angeordneten Messpunkten Aussagen zur Position weiterer Verkehrsteilnehmer wie Kraftwagen oder Fußgänger mit mobilen Endgeräten relativ zum Gleis-System erzeugt und das Risiko einer Blockade eines Gleises durch Personen oder Kraftwagen besser bewertet und Blockaden frühzeitiger erkannt werden.Preferably, measured and controlled values allow conclusions to be drawn about the condition of assemblies even, and preferably exclusively, in their resting state. This addresses the problem that established control loops often only acquire measured values during operation and then only enable fault detection shortly before the critical function/application. By acquiring measured values in the resting state and/or in a test operation with a short travel distance, defects can be detected and rectified more effectively outside of operation, thereby advantageously increasing the reliability of the overall system. Measurements are also possible and advantageously provided for in the resting state of the spindle drive, i.e., after a switch has been set. The spindle itself can also be used as a data source via its conductivity and its mechanical, often conductive, connection to the track system. A spindle equipped according to the invention thus preferably serves as a permanent measuring point – during the operation/setting of a switch and also afterwards/when trains pass over it. Communication and measurement-based, additional data collection from and with passing trains and digitally enabled road users offers a network of data networks, which, particularly through parallel, redundant transmission of important status data, can increase operational reliability and better prevent failures and accidents; especially advantageous is that with measuring points arranged in a wide area, information on the position of other road users such as motor vehicles or pedestrians with mobile devices can be generated relative to the track system, and the risk of a track being blocked by people or motor vehicles can be better assessed and blockages detected earlier.
Der prüfbare Zustand umfasst dabei bevorzugt mindestens eine Eigenschaft aus einer Gruppe von Eigenschaften, die Gruppe von Eigenschaften umfassend, bevorzugt bestehend aus, Rissfreiheit von Gleisabschnitten, Festigkeit von Gleisabschnitten, Befestigung von Gleisabschnitten, Rissfreiheit von Schwellenkörpern, Gleichmäßigkeit des Gleisbettes, Deformation durch Zuglast eines vorbeifahrenden/ über den Abschnitt fahrenden Zugs, Zugteils, Lokomotive, Waggon, Arbeitseinheit, Vibration durch einen vorbeifahrenden/ über den Abschnitt fahrenden Zugs, Zugteils, Lokomotive, Waggon, Arbeitseinheit Zug, Temperatur im und außerhalb Betrieb, Torsion im Gleiskörper, thermische Spannung im Gleiskörper, Position einer Gleisweiche, mechanische Koppelung innerhalb der Gleisweichen-Mechanik, Spiel der Gleisweichen-Mechanik, Korrosion der Gleisweiche, veränderter Oberflächenstruktur einer Baugruppe oder Komponente, Auftreten eines Stick-Slip Effekts in der Baugruppe, Materialverformungen, z.B. aufgrund von Temperaturschwankungen, Materialverformungen aufgrund von freigesetzten Spannungen im Material, Steigungsfehler in der Spindel, Steigungsfehler in der Mutter, Fließfähigkeit der Schmiermittel, Rissfreiheit einer Spindel, Rissfreiheit eines Spindelgehäuses, zulässige Vorspannung einer Kugelrollspindel, zulässige Spannung innerhalb eines Spindeltriebs, zulässige Korngrenzleitfähigkeit einer Baugruppe, Mikroriss-Freiheit, zulässige Relationen der Betriebskräfte, SOLL-Wert eines Frequenzmusters im Betrieb, SOLL-Wert eines Frequenzmusters bei vorbeifahrendem Zug, SOLL-Wert eines akustischen Frequenzmusters, Zustand von Radreifen, Zustand von Weichen-Komponenten einer Gleisweiche, Keimfreiheit von Schmierstoffen, Überlast durch fehlerhafte Schmierstoffe, Riss Bruch oder thermische Deformation in/an einem Spindeltrieb, Verunreinigung an/in Gleitflächen, Schmierstoffmangel, Korrosion, zulässiger Drehzahl- und/oder Vorschub-Bereich, zulässiger Drehmomentbereich, Beweglichkeit einer Gleisweiche, Temperatur einer Gleisweiche, Torsion in einer Gleisweiche, Vereisungsgrad einer Gleisweiche, Abweichungen der aktuellen IST-Werte von SOLL-Betriebsparametern, Unstetigkeiten bei sich ändernden Betriebsparametern, Grenzwertüberschreitung bei Betriebsparametern, Funktionsausfall, Mangelwarnung, notwendige Wartung, notwendige Sperrung.The testable condition preferably comprises at least one property from a group of properties, the group of properties comprising, preferably consisting of: freedom from cracks in track sections, strength of track sections, fastening of track sections, freedom from cracks in sleeper bodies, uniformity of the track bed, deformation due to the tractive load of a passing/traversing train, train section, locomotive, wagon, or work unit, vibration due to a passing/traversing train, train section, locomotive, wagon, or work unit, temperature in and out of operation, torsion in the track body, thermal stress in the track body, position of a track switch, mechanical Coupling within the track switch mechanism, play in the track switch mechanism, corrosion of the track switch, altered surface structure of an assembly or component, occurrence of a stick-slip effect in the assembly, material deformations, e.g., due to temperature fluctuations, material deformations due to released stresses in the material, pitch error in the spindle, pitch error in the nut, flowability of the lubricants, freedom from cracks in a spindle, freedom from cracks in a spindle housing, permissible preload of a ball screw, permissible stress within a spindle drive, permissible grain boundary conductivity of an assembly, freedom from microcracks, permissible ratios of the operating forces, target value of a frequency pattern in operation, target value of a frequency pattern when a train is passing, target value of an acoustic frequency pattern, condition of wheel treads, condition of switch components of a track switch, sterility of lubricants, overload due to defective lubricants, crack, fracture, or thermal deformation in/on a spindle drive, contamination on/in sliding surfaces, lubricant deficiency, corrosion, permissible speed and/or feed range, permissible torque range, mobility of a track switch, temperature of a track switch, torsion in a track switch, degree of icing of a track switch, deviations of the current actual values from target operating parameters, discontinuities in changing operating parameters, exceedance of limit values in operating parameters, malfunction, defect warning, necessary maintenance, necessary closure.
In vorteilhafter Ausführungsform sind sämtliche Sensor-Baugruppen und drahtlose Schnittstellen für Kommunikation und/oder Energieversorgung im Inneren einer Spindelbaugruppe angeordnet; eine solche Spindelbaugruppe ermöglicht bereits im Austausch des vorhandenen Spindeltriebs das Nachrüsten eines Weichensystems mit den im Inneren bereitgestellten Funktionen. Auch kann mittels Sensor-Baugruppen eine hilfsweise Leit- und Sicherungstechnik, z.B. auch in Bauzuständen oder für temporäre Infrastrukturen dargestellt werden. Besonders bevorzugt können Baugruppen mit Elektronik mit geringem Energiebedarf mit Energiespeichern hoher Leistungsfähigkeit ausgestattet und bei Unterschreiten von 10% der ursprünglich gespeicherten Energiemenge (oder maximaler Speicherstände durch Verlust von Akkukapazitäten) als Ganzes durch eine komplette, mit neuem Energiespeicher ausgerüstete Baugruppe ausgetauscht werden; dieser bevorzugt werkzeuglose Austausch ermöglicht kürzeste Wartungszeiten im Gleis, sorgfältige Analyse der genutzten Baugruppen während des Aufladens und leistungsbezogene Abrechnung der Bauteil-Verwendung; Letzteres erhöht die Wirtschaftlichkeit möglichst langlebiger und dauerhafter Produkte und trägt wirksam zur Entwicklung dauerhafter Baugruppen bei.In an advantageous embodiment, all sensor modules and wireless interfaces for communication and/or power supply are arranged inside a spindle assembly; such a spindle assembly allows a turnout system to be retrofitted with the internally provided functions simply by replacing the existing spindle drive. Sensor modules can also be used to implement auxiliary control and safety technology, e.g., during construction or for temporary infrastructure. Particularly preferably, modules with low-energy electronics can be equipped with high-performance energy storage devices and, when the energy storage capacity falls below 10% of its original value (or reaches its maximum storage level due to battery capacity loss), can be replaced entirely with a complete module equipped with a new energy storage device; this preferably tool-free replacement enables minimal maintenance times on the track and allows for careful analysis of the modules in use during maintenance. Charging and performance-based billing of component usage; the latter increases the economic efficiency of products that are as durable and long-lasting as possible and effectively contributes to the development of durable assemblies.
Problematisch bei den etablierten Systemen ist, dass diese für zusätzliche oder auch neue Sensoren und Sensorbaugruppen eine komplexe, mechanische und zeitraubende, digitale Integration in die bestehende Analyselandschaft und Infrastruktur erfordern. Erstmals ermöglicht es das beanspruchte System in vorteilhafter Ausführungsform, diesen Nachteil zu überwinden. Es erlaubt durch die mechanische Trennung sogar einen Parallel- sowie Test-Betrieb, welcher bevorzugt als Teil eines strukturierten Analyseverfahrens zur Abschnitts-Analyse und Datenerfassung dienen kann; besonders bevorzugt ist die Spindelbaugruppe mit den integrierten Sensoren über BefestigungsMittel mit durchgehend identischem Maß montierbar, was die Menge an benötigtem und mitzuführendem Werkzeug reduziert und das Austauschen/Nachrüsten, auch temporär, vereinfacht/erleichtert, und vorteilhaft mit einer Diebstahlsicherung kombiniert, welche bei Lösen der mechanischen Verbindung, welche bevorzugt eine digitale oder Mess-Strom-technische Verbindung mit umfasst, einen Tracker und/oder eine Sperre aktiviert.A problem with established systems is that they require complex, mechanical, and time-consuming digital integration into the existing analysis landscape and infrastructure for additional or new sensors and sensor assemblies. For the first time, the claimed system, in its advantageous embodiment, overcomes this disadvantage. Due to its mechanical separation, it even allows for parallel and test operation, which can preferably serve as part of a structured analysis procedure for section analysis and data acquisition. Particularly preferably, the spindle assembly with the integrated sensors can be mounted using fasteners with consistently identical dimensions. This reduces the amount of tools required and carried, and simplifies/facilitates replacement/retrofitting, even temporarily. Advantageously, it is combined with an anti-theft device that activates a tracker and/or a lock when the mechanical connection, which preferably includes a digital or current-based measurement connection, is broken.
In vorteilhafter Ausführungsform ist die Spindelbaugruppe, bevorzugt über eine Rastmechanik, besonders bevorzugt gekoppelt mit einem Sicherungsverschluss mit digitalem und/oder mechanischem Schloss, über eine einzige Ausklink- sowie Entnahme-Bewegung ein- sowie aussetzbar ausgebildet. Das erlaubt vorteilhaft das direkte, schnelle Austauschen gegen eine funktionstüchtige Baugruppe. Wartung / Reparatur etc. kann so bei einer defekten Spindelbaugruppe außerhalb des Gleises stattfinden. Eingriffszeiten minimieren sich, die Gefahren aus dem Eisenbahnbetrieb für Arbeitnehmende sinken (anders als bei etablierten oder im Gleis verbauten Detektoren, die durch Personal auf der Schwelle oder am Schienensteg mit unvermeidbaren Aufenthaltszeiten im Gleis installiert werden müssen). Wartung wird somit sicherer, schneller und effizienter.In an advantageous embodiment, the spindle assembly, preferably coupled via a locking mechanism and particularly preferably with a safety lock featuring a digital and/or mechanical lock, can be inserted and removed with a single release and removal movement. This advantageously allows for direct, rapid replacement with a functional assembly. Maintenance/repair, etc., can thus be carried out off-track in the event of a defective spindle assembly. Intervention times are minimized, and the hazards to railway workers are reduced (unlike with established detectors or those installed in the track, which require personnel to be placed on the sleeper or rail web, resulting in unavoidable time spent on the track). Maintenance is therefore safer, faster, and more efficient.
Bevorzugt erlaubt in vorteilhafter Baugruppe mit erfindungsgemäßem Spindeltrieb ein erster Spindeltrieb das kraftschlüssige Einbinden der Baugruppe in das Gleis-System, während ein zweiter Spindeltrieb die ggf. notwendige Stellfunktion bereitstellen kann, während weiterhin eine Stromversorgung und ein Rechner-implementiertes Programm, vorteilhaft abgesichert über eine drahtlose Zwei-Faktoren-Authentifizierung, auch als 2FA abgekürzt, das automatische Einsetzen/Entnehmen und Festschrauben/Freigeben durch den ersten Spindeltrieb steuert; vor diesem Hintergrund schlägt das vorliegende Dokument auch eine autarke Sensorbaugruppe als Teil eines Gleis-Systems vor, bei welcher ein erfindungsgemäßer Spindeltrieb die notwendige Stabilität der mechanischen Anbindung an das Gleis-System vorteilhaft bereitstellen kann und dem Gleis-System so mit einem ausreichend stabilen und besonders einfach zu montierenden Messpunkt für multiple Daten bereitstellt.Preferably, in an advantageous assembly with a spindle drive according to the invention, a first spindle drive allows the assembly to be positively integrated into the track system, while a second spindle drive can provide the necessary positioning function, while furthermore a power supply and a computer-implemented program, Advantageously secured via wireless two-factor authentication, also abbreviated as 2FA, the automatic insertion/removal and tightening/releasing is controlled by the first spindle drive; against this background, the present document also proposes a self-contained sensor assembly as part of a track system, in which a spindle drive according to the invention can advantageously provide the necessary stability of the mechanical connection to the track system and thus provides the track system with a sufficiently stable and particularly easy-to-mount measuring point for multiple data.
In vorteilhafter Weise ist die Spindelbaugruppe als Spindeltrieb für eine Weiche ausgelegt, umfassend eine Energieversorgung sowie einen Sender. Der Sender umfasst wiederum eine Plug-and-Play-fähige Schnittstelle; mithin kann die Baugruppe montiert und durch den ersten Betrieb automatisch in das dafür vorgesehene Datennetz, bevorzugt ein Funkdatennetz analog zu etablierten IoT-Cloud-Anwendungen, eingebunden werden.Advantageously, the spindle assembly is designed as a spindle drive for a turnout, comprising a power supply and a transmitter. The transmitter, in turn, includes a plug-and-play interface; thus, the assembly can be mounted and automatically integrated into the designated data network, preferably a wireless data network analogous to established IoT cloud applications, during initial operation.
In vorteilhafter Ausführungsform umfasst die Spindelbaugruppe, vorteilhaft ausgebildet als Spindeltrieb für eine Weiche, ergänzende Baugruppen, welche möglichen, zusätzlichen Anforderungen und Belastungen im Gleisbett Rechnung tragen. Je nach Aufbau und Struktur des Gleisbetts kann es bei unsachgemäßem Betrieb oder unzureichendem Aufbau häufiger zu außergewöhnlichen Schlag-, Stoß oder ScherBelastungen kommen oder zu Fremdeinwirkung umfassend Diebstahl kommen. Einer Belastung kann über verstärkte Komposit-Segmente und/oder Vibrations-Dämpfer zwischen kraftschlüssig verbundenen Segmenten begegnet werden; vorteilhaft werden so direkte Bewitterung/ Umwelteinflüsse einerseits und Verschleiß durch Vibration andererseits kombiniert vermieden und eine deutlich gesteigerte Lebenserwartung auch in widrigen Umgebungen ermöglicht.In an advantageous embodiment, the spindle assembly, advantageously designed as a spindle drive for a turnout, comprises supplementary assemblies that address potential additional requirements and loads in the track bed. Depending on the design and structure of the track bed, improper operation or inadequate construction can frequently lead to unusual impact, shock, or shear loads, or to external influences including theft. Such loads can be countered by reinforced composite segments and/or vibration dampers between force-fitted segments; this advantageously avoids both direct weathering/environmental influences and wear due to vibration, thus enabling a significantly increased service life even in adverse environments.
In vorteilhafter Ausführungsform ist die Spindelbaugruppe in der Ausführung für Weichen auf einheitliche Befestigungsmittel ausgelegt, bevorzugt umfassend eine werkzeugfreie Schnellspann-Vorrichtung mit Diebstahlsicherung. Eine werkzeugfreie Schnellspann-Vorrichtung ermöglicht das händische Einsetzen sowie Ausklinken der Baugruppe; die Diebstahlsicherung ist mechanischer und/oder elektronischer Natur und gibt erst nach Einsetzen eines passend kodierten Schlüssels in ein Schloss und/oder Erfassung des Codes eine Sperre frei, welche den Schnellspann-Mechanismus bis dahin blockiert. Bevorzugt umfasst das Schloss eine Signal-Baugruppe zum Versenden eines Alarms bei unbefugtem Zugriffsversuch, besonders bevorzugt kombiniert mit einem GPS-Tracker.In an advantageous embodiment, the spindle assembly for turnouts is designed for uniform fastening means, preferably comprising a tool-free quick-release device with anti-theft protection. A tool-free quick-release device allows the assembly to be inserted and removed manually; the anti-theft protection is mechanical and/or electronic and only activates after a suitably coded key has been inserted into a lock and/or Upon entering the code, a lock is released, which blocks the quick-release mechanism until then. Preferably, the lock includes a signaling module for sending an alarm in the event of an unauthorized access attempt, most preferably combined with a GPS tracker.
Problematisch ist bei den etablierten Systemen, dass bei Austausch sowie Reparatur ganze Gleise stillgelegt werden müssen, was Ausfallzeiten und wirtschaftliche Verluste zur Folge hat. Mit der vorliegend vorgeschlagenen, vorteilhaft ausgelegten Montierbarkeit wird erstmals diesem Problem Rechnung getragen. Besonders vorteilhaft erlaubt eine schnelle, unproblematische Montage mit integrierter Diebstahlsicherung das Analysieren ganzer Netzabschnitte im laufenden Betrieb, besonders bevorzugt mit Sensorbaugruppen, welche über längere Gleisabschnitte Mess-Signale wechselseitig sendend und empfangend ausgebildet sind; vor diesem Hintergrund offenbart diese Beschreibung auch eine mögliche, neue Verwendung der hier vorgeschlagenen Baugruppe in einem QM-System.A problem with established systems is that entire tracks must be shut down for replacement and repair, resulting in downtime and financial losses. The advantageously designed mounting system proposed here addresses this problem for the first time. Particularly advantageous is the quick and easy installation with integrated theft protection, which allows for the analysis of entire network sections during operation. This is especially beneficial when using sensor modules that transmit and receive measurement signals bidirectionally over longer track sections. In this context, this description also reveals a potential new application for the proposed module within a quality management system.
Auch kann durch Auslesen der Daten durch mit dem Beheben der Störung beauftragte Arbeitende schnell und effizient von Außen festgestellt werden, ob eine angezeigte Störung des Weichenabschnittes aus dem Weichenantrieb oder dem Oberbau bzw. dem Gleisabschnitt resultiert. Dieses macht den Begang von Gleisabschnitten effizienter, die Störungsbehebung wird optimiert.Furthermore, by reading the data, personnel tasked with resolving the fault can quickly and efficiently determine from the outside whether a reported fault in the switch section originates from the switch drive, the track superstructure, or the track section itself. This makes accessing track sections more efficient and optimizes fault rectification.
In vorteilhafter Ausführungsform umfasst die Spindelbaugruppe Einrichtungen zur Analyse von erfassten Daten; typische, relevante Informationen wie Typ des Zugs, Anzahl der Achsen, Achslasten, Geschwindigkeiten, zusätzliche oder abweichende Betriebsgeräusche, Gefahren- oder Versagens-Indikatoren können durch Abgleich mit hinterlegten Daten ermittelt, zusammengestellt und bereitgestellt werden. Problematisch ist bei den etablierten Systemen, dass sicherheitsrelevante Abweichungen bei den vorbeifahrenden Zügen spät oder gar nicht erfasst werden; diesem Problem trägt die hier vorgeschlagene Spindelbaugruppe erstmals Rechnung. Ungleiche Belastungen durch falsch beladene Waggons, akute und/oder dauerhafte Deformation des Gleiskörpers, Kompaktheit und Homogenität des Schotters, Hohllagen an oder unter den Schwellen, asymmetrische Belastung der Schienen und einhergehender, hoher Verschleiß sind Beispiele für Kenngrößen und detektierbare Abweichungen, welche durch rechtzeitige Berichtigung von rapide einander verstärkenden Gefahrenquellen mit nachfolgender Beschädigung/Zerstörung von Material wirksam begegnen können.In an advantageous embodiment, the spindle assembly includes devices for analyzing acquired data; typical, relevant information such as train type, number of axles, axle loads, speeds, additional or atypical operating noises, and hazard or failure indicators can be determined, compiled, and made available by comparison with stored data. A problem with established systems is that safety-relevant deviations in passing trains are detected late or not at all; the spindle assembly proposed here addresses this problem for the first time. Uneven loads due to incorrectly loaded wagons, acute and/or permanent deformation of the track bed, compactness and homogeneity of the ballast, voids on or under the sleepers, asymmetric loading of the rails, and the associated high wear are examples of parameters and detectable deviations that can be mitigated by the timely correction of rapidly reinforcing hazards. to effectively counteract subsequent damage/destruction of material.
In vorteilhafter Ausführungsform können über die Spindelbaugruppe Kenngrößen wie Schienengüte, Schienenzustand, Betriebsgeräusche, Schwellenzustand, Vibrationen, Bewegungen im Gleisbett, Kleineisenzustand einzeln, bevorzugt korreliert, erfasst und zur Analyse im Betrieb herangezogen werden, um Wartung und Reparatur sowohl in Umfang und Ausmaß als auch im Identifizieren und Ausmerzen von Schadens-Quellen zu unterstützen und effizienter zu regeln.In an advantageous embodiment, parameters such as rail quality, rail condition, operating noise, sleeper condition, vibrations, movements in the track bed, and small ironwork condition can be individually, preferably correlated, recorded and used for analysis during operation via the spindle assembly in order to support and regulate maintenance and repair more efficiently, both in terms of scope and extent, as well as in identifying and eliminating sources of damage.
In vorteilhafter Ausführungsform umfasst die Spindelbaugruppe Einrichtungen, welche Verschleiß direkt oder indirekt erfassen und quantifizieren können; besonders vorteilhaft ist dies mit einer Anbindung an ein integriertes oder per Datenstrom zugängliches Analyse-Modul kombinierbar. In der besonders bevorzugten Kombination kann erstmals die Arbeit oder auch Leistung der Spindelbaugruppe quantitativ erfasst werden, bevorzugt als Grundlage eines Leihkauf-Systems herangezogen werden: Mit quantifizierbarem Verschleiß kann erstmals eine solche Baugruppe für ein zuvor definiertes und zu bezahlendes Ausmaß an Leistung / Arbeitsleistung bereitgestellt werden. Vorteilhaft ermöglicht dies einen Optimalbetrieb, bei dem das ökologisch und ökonomisch Notwendige auf ein Minimum reduziert, die Lebensdauer auf ein Maximum gesteigert und die Unterbrechung des Betriebs minimiert wird.In an advantageous embodiment, the spindle assembly comprises devices that can directly or indirectly detect and quantify wear; this is particularly advantageous when combined with a connection to an integrated analysis module or one accessible via data stream. In the particularly preferred combination, the work or performance of the spindle assembly can be quantitatively recorded for the first time, preferably as the basis for a lease-purchase system: With quantifiable wear, such an assembly can, for the first time, be provided for a predefined and payable level of performance/work output. Advantageously, this enables optimal operation in which ecological and economic necessities are reduced to a minimum, service life is maximized, and operational downtime is minimized.
In vorteilhafter Ausführungsform ist eine Spindelbaugruppe mit einer Datenbank verbindbar, umfassend Analysedaten eines virtuellen Betriebsmodells; solche Daten werden auch als 'Building Information Modelling' bezeichnet und häufig mit 'BIM' abgekürzt. Vorteilhaft kann passend zum Detaillierungsgrad eines BIM Modells eine Anbindung der aufgezeichneten und übermittelten Werte an eine Software zur Kontrolle und Optimierung technisch-gewerblicher Geschäftsprozesse erfolgen.In an advantageous embodiment, a spindle assembly can be connected to a database containing analysis data from a virtual operating model; such data is also referred to as 'Building Information Modeling' and is often abbreviated as 'BIM'. Advantageously, depending on the level of detail of a BIM model, the recorded and transmitted values can be linked to software for controlling and optimizing technical and commercial business processes.
Vorteilhaft werden dabei relevante Daten, z.B. wie und wann etwas eingebaut wurde, wie viele Bewegungen eine Weiche schon erlebt hat, etc. pp, zu einer planmäßigen Instandhaltung herangezogen. Mithin wird hier auch die Verwendung eines Datenmodells als gemeinsame Daten- und Wissensplattform für alle Beteiligten offenbart, wobei das Datenmodell als Basis für die Entscheidungsfindung während der gesamten Lebensdauer einer Anlage (von der Entwurfs- und Bau- über die Nutzungsphase bis hin zum Rückbau) dient. Verschiedene Beteiligte können das BIM-System in den jeweiligen Lebenszyklusphasen der Anlage/ Weiche nutzen, um Informationen hinzuzufügen, abzurufen oder zu bearbeiten. Auf diese Weise unterstützen sie ihre eigene Arbeit ebenso wie die Arbeit anderer, da alle Beteiligten Zugang zu diesen Informationen haben.Advantageously, relevant data, such as how and when something was installed, how many movements a switch has already undergone, etc., are used for planned maintenance. This also reveals the use of a data model as a shared data and knowledge platform for all stakeholders, with the data model serving as the basis for decision-making throughout the entire lifespan of a system (from design and construction through to maintenance). The BIM system serves the entire lifecycle (from the operational phase to dismantling). Various stakeholders can use the system in the respective lifecycle phases of the plant/switch to add, retrieve, or edit information. In this way, they support their own work as well as the work of others, since all stakeholders have access to this information.
In vorteilhafter Ausführungsform ist die Spindelbaugruppe auf datentechnische Integration in bestehende und parallele Systeme ausgelegt. Integration umfasst unmittelbar im Weichenantrieb anfallende Daten im Gegensatz zu indirekten Daten der etablierten Systeme, wie z. B. An/Aus-Ströme innerhalb der Schaltkästen oder an dritter Stelle erfasste Zugdaten, welche nur indirekte Rückschlüsse für den Weichenbetrieb zulassen.In an advantageous embodiment, the spindle assembly is designed for data integration into existing and parallel systems. Integration includes data generated directly in the switch drive, as opposed to indirect data from established systems, such as on/off currents within the switch boxes or train data acquired at a third-party level, which only allows indirect conclusions for switch operation.
Vorteilhaft ermöglicht eine autarke Installation Dritten zusätzliche Einblicke. Dritte sind dabei Hersteller, Anbieter oder Betreiber, Finanzierende von Gleistechnik oder auch Forschungsinstitute parallel zum Infrastrukturbetreiber selbst.An independent installation offers the advantage of providing third parties with additional insights. These third parties include manufacturers, suppliers, operators, financiers of track technology, or research institutes operating alongside the infrastructure operator itself.
Vorteilhaft bekommen so Hersteller aber auch Behörden (z. B. Finanz-EBA, welches die eingesetzten Mittel überwacht) die Möglichkeit, eigenständig zusätzlich das Produkt im Betrieb zu überwachen und zu analysieren. Die dadurch geschaffene Transparenz ermöglicht zudem das direkte Einbinden von Forschung und Entwicklung im laufenden Betrieb.This approach offers advantages for both manufacturers and authorities (e.g., the European Banking Authority, which monitors the resources used) by enabling them to independently monitor and analyze the product during operation. The resulting transparency also allows for the direct integration of research and development into ongoing operations.
Vorteilhaft können Hersteller so schnell und einfach eine neue Herangehensweise bei Vertrieb in Form garantierter Nutzungsdauern bei gegebenen Bedingungen testen und nachvollziehbar bepreisen. Wesentliche Faktoren wie z. B. Achslasten, Frachtleistungen, Taktfrequenzen, Geschwindigkeiten, Zugtypen, Übergänge von einem Gleis auf ein anderes bzw. Fahrten über Weichen sowie Temperaturen, Wetterbedingungen, Weichenheizungseinsätze, Instandhaltungszyklen und Zustand von Oberbau und/oder Weiche werden so erstmals im laufenden Betrieb bei minimalen bis gar keinen Ausfallzeiten korrelierbar.This allows manufacturers to quickly and easily test a new sales approach in the form of guaranteed service lives under given conditions and to price them transparently. Key factors such as axle loads, freight volumes, service frequencies, speeds, train types, track transitions and journeys over switches, as well as temperatures, weather conditions, switch heating operations, maintenance cycles, and the condition of the track superstructure and/or switches can thus be correlated for the first time during operation with minimal to no downtime.
Vorteilhaft können sowohl die Hersteller als auch Dienstleister/ Anbieter so neue Produkte inklusive Finanzierung, Service und Instandhaltung auf Basis belastbarer Praxisdaten hoch transparent zusammenstellen, anbieten und bei Bedarf auch während der Nutzung flexibel an die tatsächliche Nutzung anpassen.This benefits both manufacturers and service providers/suppliers, enabling them to develop new products including financing, service and maintenance based on reliable data. Compile and offer practice data in a highly transparent manner and, if necessary, adapt it flexibly to actual usage during use.
In vorteilhafter Ausführungsform umfasst ein Weichensystem mit der beanspruchten Spindelbaugruppe eine Analyse-Baugruppe, welche für unterschiedliche Arbeitsbedingungen den jeweils optimalen Betriebsmodus der Spindel erfasst, speichert und nachfolgend vorgibt, wodurch die Spindel mit minimalstem Energiebedarf betreibar ist.In an advantageous embodiment, a switching system with the claimed spindle assembly comprises an analysis assembly which detects, stores and subsequently specifies the optimal operating mode of the spindle for different operating conditions, thereby enabling the spindle to be operated with minimal energy consumption.
In vorteilhafter Ausführungsform ist die hier beanspruchte Gewindespindel mit einer endocorporalen Sensorpatrone ausgestattet, welche Messwert-Erfassung und - Kommunikation in Echtzeit im Sinne direkter Verfügbarkeit und/oder Auswertung der Daten, ermöglicht. Zustandsbasierte Wartung und Überwachung auf Basis von Deltamessungen, Trigger-Erkennungen, Identifikation von Schadensfrequenzen sowie Beschleunigungs-Sensoren werden im Vergleich zu etablierten Standard-Wartung in Abhängigkeit der Auslastung effizienter und kostengünstiger.In an advantageous embodiment, the threaded spindle claimed here is equipped with an endocorporeal sensor cartridge, which enables real-time measurement acquisition and communication for direct data availability and/or evaluation. Condition-based maintenance and monitoring based on delta measurements, trigger detection, identification of damage frequencies, and acceleration sensors become more efficient and cost-effective compared to established standard maintenance, depending on the workload.
Besonders bevorzugt ermöglicht ergänzende Schwingungsüberwachung bei Weichenüberfahrten Rückschlüsse auf Zustände von Radlagern, Radscheiben und Wälzlagern der passierenden Fahrzeuge. Vorteilhaft kann dies über drahtlose Kommunikations-Schnittstellen direkt dem jeweiligen Fahrzeug mitgeteilt oder als Datenpaket während des Vorbeifahrens übergeben werden und ermöglicht somit dem Fuhrparkeigentümer/ -besitzer, bei Bedarf, zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine Überprüfung/ Instandhaltung bereitzustellen, aber auch dem Infrastrukturbereitsteller ggfs. einzugreifenParticularly advantageous is the supplementary vibration monitoring during track crossings, which allows conclusions to be drawn about the condition of wheel bearings, wheel discs, and roller bearings of passing vehicles. This information can be conveniently communicated directly to the respective vehicle via wireless interfaces or transmitted as a data packet while passing, thus enabling the fleet owner/operator to arrange for inspection/maintenance at the earliest possible opportunity, and also allowing the infrastructure provider to intervene if necessary.
In vorteilhafter Ausführungsform umfasst die Spindelbaugruppe passiven und/oder aktiven Vandalismus- und Sabotageschutz. Passiver Vandalismus-Schutz umfasst Gehäuse und Abdeckungen, welche empfindliche oder sensible Baugruppen vor unbefugtem Zugang schützen, während aktiver Vandalismus-Schutz Sensoren und Alarmsysteme umfasst, welche Manipulationen detektieren, bevorzugt bewerten und per Alarmsignal anzeigen und übermitteln. Vorteilhaft sind die aktiven Elemente in die Baugruppe im Sensorenbereich mit integriert und können so ohne zusätzliche Montage- oder Gehäuse-Kosten einen erhöhten Schutz des Systems und des Netzes bereitstellen.In an advantageous embodiment, the spindle assembly comprises passive and/or active vandalism and sabotage protection. Passive vandalism protection includes housings and covers that protect sensitive or vulnerable components from unauthorized access, while active vandalism protection includes sensors and alarm systems that detect tampering, preferably evaluate it, and indicate and transmit it via an alarm signal. Advantageously, the active elements are integrated into the assembly in the sensor area and can thus provide increased protection for the system and the network without additional assembly or housing costs.
Vorteilhaft ermöglicht die Integration in eine Spindel ein Nachrüsten, ohne dass eine Änderung an etablierten Antrieben nötig wäre; auch ein Platzschaffen im/am Antrieb ist nicht notwendig. Gleichsinnig sind auch keine sicherheitsrelevanten Änderungen notwendig, denn es erfolgt lediglich eine Anpassung der Spindel im mechanisch nicht relevanten Innenbereich.The integration into a spindle offers the advantage of retrofitting without requiring any modifications to established drives; no additional space needs to be created within or on the drive. Similarly, no safety-related modifications are necessary, as only the mechanically non-relevant internal area of the spindle is adapted.
Für Gleisnetze mit bereits bestehenden Kontroll- und Predictive Maintenance Mechanismen bietet die vorgeschlagene Spindel-Baugruppe die vorteilhafte Möglichkeit eines zusätzlichen, redundanten Regelkreises im Sinne einer fail-safe-Absicherung durch Doppelsystem. Bevorzugt erfolgt dies in Kombination mit einem redundanten, zusätzlichen Software-System mit Drahtlos-Anbindung, wodurch auch die digitale Komponente wirksam und redundant als Parallelsystem aufgebaut wird und wirksam zu einer überlegenen Ausfallsicherheit beitragen kann. Besonders bevorzugt umfasst die Spindelbaugruppe eine Kommunikations-Baugruppe, welche mit angrenzenden Kommunikations-Baugruppen weiterer Spindelbaugruppen ein dezentrales peer-to-peer-Netzwerk aufbaut und ein paralleles Notfall-Kommunikations-Netzwerk für Betriebsdaten bereitstellt.For track networks with existing control and predictive maintenance mechanisms, the proposed spindle assembly offers the advantageous possibility of an additional, redundant control loop, providing fail-safe protection through a dual system. This is preferably combined with a redundant, additional software system with wireless connectivity, thereby effectively and redundantly implementing the digital component as a parallel system and contributing significantly to superior reliability. Particularly preferably, the spindle assembly includes a communication module which, together with adjacent communication modules of other spindle assemblies, establishes a decentralized peer-to-peer network and provides a parallel emergency communication network for operational data.
In weiterer, vorteilhafter Ausführungsform kommen mehrere, erfindungsgemäße Spindelbaugruppen in synchronisierter Regelung in einem Gleis-System im Bereich von Hochgeschwindigkeitsweichen zum Einsatz. Vorteilhaft werden dabei mindestens 3 Kraftangriffspunkte eines Weichen-Stellsystems und/oder eine Wärmeauskoppelung kombiniert in ihren Daten erfasst und zum synchronisierten Stellen der Weiche sowie Schalten von Enteisungsgmaßnahmen gekoppelt betrieben. Besonders bevorzugt werden bis zu 300 Meter, bevorzugt 150 bis 200m, lange Weichen-Segmente über acht erfindungsgemäß ausgerüstete und eingebundene Motoren genutzt, um eine Weichenzunge zu stellen, wobei weiterhin drei erfindungsgemäß ausgerüstete Antriebe einem Herzstück zugeordnet sind; vorteilhaft können so präzise gesteuerte und eingestellte Weichen im abzweigenden Ast mit bis zu 600 km/h, bevorzugt 200 bis 550 km/h, besonders bevorzugt um 250 km/h, befahren werden. Bei extremen Witterungsbedingungen wie z. B. im Winter ist das Gleis-System vorteilhaft in der Lage, über Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Leitfähigkeit der Gleis-Segmente untereinander und auch Verfahr-Widerstände und Kraftkurven im Betrieb die notwendige Eisfreiheit der Weiche exakter zu prüfen und vorteilhaft über kurzes Zuschalten von Heizungen oder Warmwasser-Sprühvorrichtungen sicherzustellen.In a further, advantageous embodiment, several spindle assemblies according to the invention are used in synchronized control within a track system in the area of high-speed turnouts. Advantageously, at least three force application points of a turnout control system and/or a heat extraction system are combined, their data is recorded, and they are operated in a coupled manner for the synchronized setting of the turnout and the switching of de-icing measures. Particularly preferably, turnout segments up to 300 meters, more preferably 150 to 200 meters, in length are used via eight motors equipped and integrated according to the invention to set a turnout blade, with three drives equipped according to the invention being assigned to a frog. Advantageously, precisely controlled and set turnouts in the diverging branch can be traversed at speeds of up to 600 km/h, more preferably 200 to 550 km/h, and more preferably around 250 km/h. In extreme weather conditions such as... For example, in winter, the track system is advantageously able to maintain the necessary ice-free conditions by monitoring temperature, humidity, the conductivity of the track segments to each other, as well as travel resistances and force curves during operation. To check the switch more precisely and advantageously ensure it by briefly switching on heaters or hot water spray devices.
In weiterer, vorteilhafter Ausführungsform ist in ein Gleis-System eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen Spindelbaugruppen in verschiedenen Funktionsbereichen, umfassend Gleisweichen-Antriebe, Kraft-Angriffspunkte und auch Messpunkte, flächig eingesetzt. Eine drahtlose Überwachung, Regelung und Steuerung des flächig so umschlossenen Bereichs eines Gleisbetts wird dadurch unter Erzeugung eines aussagekräftigen Datensatzes möglich. Durch einfaches Austauschen etablierter Gleisweichen-An(?)triebe mit baugleichen Baugruppen mit erfindungsgemäßer Spindel und Ergänzen mit Spindelbaugruppen mit Schnellspann-Vorrichtung und eigener Stromversorgung an weiteren, neuralgischen Punkten kann ein bestehendes Gleis-System ohne zusätzlich Hardware in kürzester Zeit nachgerüstet und von dann an effizienter, effektiver und wirtschaftlicher betrieben werden. Vor diesem Hintergrund offenbart das vorliegende Dokument auch einen Nachrüst-Satz, mit welchem Gleisbett-Bereiche aus- und aufgerüstet werden können. Bestehende System sind so schnell und günstig aufwertbar, auch temporär im Rahmen von Bauzwischenständen und nicht mehr zeitgemäße Systeme können mit einfachsten Maßnahmen wieder in Betrieb genommen werden.In a further, advantageous embodiment, a plurality of the spindle assemblies according to the invention are installed across a track system in various functional areas, including track switch drives, force application points, and measuring points. This enables wireless monitoring, regulation, and control of the area of the track bed thus enclosed, generating a meaningful data set. By simply replacing established track switch drives with identical assemblies featuring the spindle according to the invention and supplementing them with spindle assemblies with quick-release devices and their own power supply at other critical points, an existing track system can be retrofitted in a very short time without additional hardware and subsequently operated more efficiently, effectively, and economically. Against this background, the present document also discloses a retrofit kit with which track bed areas can be upgraded and expanded. Existing systems can thus be upgraded quickly and cost-effectively, even temporarily during construction phases, and outdated systems can be put back into operation with the simplest of measures.
Gleis-Systeme mit Sensorbaugruppen im Eisenbahnbereich sehen üblicher Weise aufwändige Gehäuse, kostspielige Kommunikationsleitungen und klobige Formfaktoren vor, um Daten, besonders Daten im Gleisbettbereich, zu generieren. Formfaktoren und Kosten sind den hier notwendigen Qualitätsstandards und Anwendungs-Szenarien geschuldet.Track systems with sensor assemblies in the railway sector typically involve complex housings, expensive communication lines, and bulky form factors to generate data, especially data in the track bed. These form factors and costs are dictated by the necessary quality standards and application scenarios.
Aufgabe ist, eine Bauweise vorzuschlagen, welche Daten effizienter und wirtschaftlicher zugänglich macht.The task is to propose a design that makes data more efficiently and economically accessible.
Die Lösung erfolgt mit einer Spindelbaugruppe im Eisenbahnbereich, welche als mindestens einen Sensor eine integrale und endocorporale Sensorbaugruppe aufweist, welche in die Spindelbaugruppe integriert ist.The solution is achieved with a spindle assembly in the railway sector, which has at least one integral and endocorporeal sensor assembly integrated into the spindle assembly.
Durch Anordnung der Sensorbaugruppe im geschlossenen Innenvolumen eines Abschnitts einer üblicher Weise durchgehend ausgebildeten Komponente eines Spindeltriebs wird kostengünstig ein passend langlebiges Gehäuse bereitgestellt. Durch drahtlose Kommunikation, Kommunikation über die Stromverbindung und auch Messwert-Erzeugung über die miteinander wechselwirkenden mechanischen Komponenten, bevorzugt Komponenten einer Gleisweiche, können mehrere Eigenschaften über Messdaten erfasst und Zustände ermittelt und mitgeteilt werden.By arranging the sensor assembly within the enclosed internal volume of a section of a typically continuous component of a spindle drive, a suitably durable housing is provided cost-effectively. Through wireless communication, communication via the power connection, and also measurement generation via the interacting mechanical components, preferably components of a track switch, several properties can be recorded via measurement data, and states can be determined and communicated.
Das Nachrüsten von Gleisbettbereichen, insbesondere Gleisweichen, mit ergänzenden Steuer- und Regel-Kreisen, um Zustände wie z. B. Betriebsbereitschaft, Funktionstüchtigkeit, Vereisung oder Korrosion quantitativ zu bewerten und mitzuteilen, wird so erstmals mit einem wirtschaftlich erheblich niedrigeren Kostenfaktor zugänglich.Retrofitting track bed areas, especially track switches, with supplementary control and regulation circuits to quantitatively assess and communicate conditions such as operational readiness, functionality, icing or corrosion is thus made accessible for the first time with a significantly lower cost factor.
Claims (10)
- A spindle assembly for a track system, the spindle assembly comprising at least one integrated sensor, characterized in that the at least one sensor is integrated in the spindle assembly in the closed interior of the spindle configured for loads on the ton scale via an integral and endocorporeal sensor assembly.
- The spindle assembly according to the preceding claim, characterized in that the spindle assembly is arranged in the branch region in a rail-borne system, preferably in the track bed region, particularly preferably in at least one encapsulated servomotor of track points.
- The spindle assembly according to the preceding claim, characterized in that the spindle assembly is configured to detect states of a railway system and to relay them in a digital and/or analog manner to measurement and regulation systems.
- The spindle assembly according to any one of the preceding claims, characterized in that the spindle assembly is integrated in existing and parallel systems by means of digital and/or analog communication.
- The spindle assembly according to any one of the two preceding claims, characterized in that the spindle assembly can be connected to further spindle assemblies of the same type by means of digital communication with a peer-to-peer network for emergencies.
- The spindle assembly according to any one of the preceding claims, characterized in that the spindle assembly comprises a tool-free quick-release device having theft protection, a power supply, and a transmitter.
- The spindle assembly according to any one of the preceding claims, characterized in that in the spindle assembly, an electrical spindle drive is configured to emulate movement and force profiles of pneumatically regulated thrust mechanisms.
- The spindle assembly according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor comprises an assembly for synchronization with a time signal.
- The spindle assembly according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor comprises a multiplex assembly, by means of which data packets can be exchanged to be synchronized with further spindle assemblies of the same type.
- A track system comprising a plurality of spindle assemblies according to at least one of the preceding claims, wherein the plurality of spindle assemblies, introduced into a track system in a planar manner in the form of track point drives, force action points, and also measurement points, provide wireless monitoring, regulation, and control of a region of a track bed surrounded in a planar manner.
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