EP4608696A1 - Vorrichtung und verfahren zur entgleisungsdetektion für schienenfahrzeuge und schienenfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur entgleisungsdetektion für schienenfahrzeuge und schienenfahrzeug

Info

Publication number
EP4608696A1
EP4608696A1 EP23820770.8A EP23820770A EP4608696A1 EP 4608696 A1 EP4608696 A1 EP 4608696A1 EP 23820770 A EP23820770 A EP 23820770A EP 4608696 A1 EP4608696 A1 EP 4608696A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
distance sensor
rail vehicle
signal
rail
derailment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23820770.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Gruber
Andreas Koller
Philipp Dominik RAITH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility Austria GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility Austria GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility Austria GmbH filed Critical Siemens Mobility Austria GmbH
Publication of EP4608696A1 publication Critical patent/EP4608696A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

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

Definitions

  • the invention relates to a device for derailment detection for rail vehicles, comprising at least one beam-based first distance sensor and at least one evaluation device, wherein the at least first distance sensor is connected to the at least one evaluation device in a signal-transmitting manner, and wherein measurement results of the at least first distance sensor can be evaluated by means of the at least one evaluation device.
  • Rail vehicles must have a high level of driving safety. It is therefore important to accurately assess the technical condition of vehicles, chassis and other vehicle components. In particular, derailments of a rail vehicle can cause serious damage to people and the environment, as well as to the rail vehicle itself, which is why it is very important to be able to detect a derailed condition of the rail vehicle. A high level of reliability with regard to avoiding false alarms is also important for devices and methods for derailment detection. It is desirable that such devices and methods can be used flexibly in a route network.
  • WO 2004/101343 A1 is known, in which a method and a device for detecting derailment of rail vehicle wheels are disclosed. From measurement signals of an acceleration sensor, which is mounted on a wheel set bearing of a If the fall speed of the rail vehicle wheels is intended for the purpose of determining the falling speed of the rail vehicle wheels, integration is used to determine the falling speed of the rail vehicle wheels, and a derailment is detected when the falling speed exceeds a defined limit value. Furthermore, a derailment can also be detected based on the falling speed curve. In its known form, this approach has the disadvantage of inaccurate detection results.
  • WO 2020/089035 A1 discloses a method for derailment detection in a rail vehicle, in which falling speeds of a first wheelset end section and a second wheelset end section are compared with different limit values to detect a derailment.
  • the invention is based on the object of specifying a device for derailment detection in which processing of accelerations or falling speeds is not necessary.
  • this object is achieved with a device for derailment detection according to claim 1, in which the at least first distance sensor can be connected to a chassis in such a way that a rail of a track can be irradiated with signals by means of the at least first distance sensor, wherein the at least one evaluation device is set up to detect whether a first wheel of a rail vehicle is supported on the rail.
  • the use of acceleration sensors is not necessary, but these can be provided as redundancy to the first distance sensor.
  • the device according to the invention is can be used flexibly. It is not necessary to restrict the use of the device to certain routes on which a defined or predetermined behavior of a rail vehicle is to be expected in the event of a derailment (in particular with regard to acceleration, falling speeds or falling paths of the rail vehicle, etc.). In addition, there are no restrictions for the device according to the invention with regard to its use on certain rail vehicles.
  • connection e.g. electrical connections if the device is not supplied with electricity via a battery or is designed as an energy harvesting unit, and connections for signal or data transmission, etc.
  • a rail vehicle for example, is only equipped with the device according to the invention at a later date (e.g. after it has been delivered to an operator).
  • the first distance sensor can be connected to a chassis. If the chassis is arranged on a track or rolls on it, the first distance sensor is arranged near the track or rail, which enables precise detection of a derailment.
  • the at least one evaluation device is set up to detect whether a first wheel of a rail vehicle is supported on the rail, criteria for detecting a derailment can be formulated simply.
  • further distance sensors can be provided in the device according to the invention for derailment detection.
  • a second distance sensor the physical measuring principle of which can be the same or different to the first distance sensor, can function as redundancy to the first distance sensor.
  • At least the first distance sensor is designed as a radar sensor.
  • At least the first distance sensor is designed as an optical sensor.
  • the first distance sensor is conceivable to design the first distance sensor as a laser rangefinder or as a photonic mixer detector, etc.
  • Derailment detection based on uncomplicated logic can be implemented if the at least one evaluation device is set up for signal quality analysis of signals from the at least first distance sensor, preferably for analyzing signal attenuation, signal noise and/or signal strength. Derailment can be detected, for example, if signal attenuation in decibels, such as occurs due to path losses, exceeds a defined attenuation threshold.
  • Determining a derailment by means of signal quality analysis is also possible, for example, by evaluating a signal-to-noise ratio, which is defined as the ratio of an average useful power to an average noise power of the signals, etc.
  • the at least one evaluation device is set up to analyze the signal flow of signals from at least the first distance sensor.
  • the signal path analysis can be used, for example, to assess whether a signal reflected from a rail is received by the first distance sensor within a defined period of time, etc.
  • a suitable solution is also obtained in particular for an arrangement of the device according to the invention above a rail if a measuring unit of the at least first distance sensor is directed vertically or approximately vertically downwards.
  • the first distance sensor can be arranged, for example, in the direction of travel of a rail vehicle directly in front of or behind a wheel of the rail vehicle. If, for example, further distance sensors are provided in addition to the first distance sensor, the first distance sensor can be arranged in front of the wheel and a second distance sensor behind the wheel.
  • the at least first distance sensor and the at least one evaluation device are designed as a unit.
  • This measure can shorten the transmission paths between the first distance sensor and the evaluation device.
  • a promising field of application for derailment detection can be developed with a rail vehicle with at least one device for derailment detection according to the invention.
  • At least a first distance sensor of the at least one device for derailment detection is arranged at least in a neutral steering state in an alignment of a first wheel of the rail vehicle and close to the first wheel, wherein the alignment in the neutral steering state extends predominantly in the direction of a longitudinal axis of the rail vehicle and in is aligned extending in the direction of a vertical axis of the rail vehicle.
  • the neutral steering state refers to a non-deflected state of the first wheel, as occurs, for example, in a straight section of track.
  • the alignment is an imaginary volume which, in the neutral steering state, extends predominantly in the direction of the longitudinal axis of the rail vehicle and in the direction of the vertical axis of the rail vehicle, wherein, in the neutral steering state, front sides of the first wheel are, for example, arranged within the volume or laterally delimit the volume.
  • An extension of the volume in the direction of a transverse axis of the rail vehicle is smaller in the neutral steering state than an extension of the volume in the direction of the longitudinal axis and, in the neutral steering state, corresponds, for example, to a width of the first wheel.
  • a preferred solution is obtained if at least a first distance sensor of the at least one derailment detection device is connected to an unsprung component of the rail vehicle.
  • This measure avoids varying distances between the first distance sensor and a rail due to suspension processes of the rail vehicle.
  • An expedient positioning of the device for derailment detection relative to a rail can be achieved if at least a first distance sensor of the at least one device for derailment detection is connected to a first wheelset bearing housing of the rail vehicle, to a wheel bearing housing of the rail vehicle, to a first wheelset guiding device of the rail vehicle or to a wheel guiding device of the rail vehicle.
  • the first distance sensor can be arranged close to a wheel of the rail vehicle and close to the rail.
  • the first wheelset bearing housing or the wheel bearing housing can be an unsprung component of the rail vehicle (e.g. when wheels of the rail vehicle are designed as unsprung wheels).
  • the first distance sensor can also be connected, for example, to a swing arm via which a wheelset or a wheel of the rail vehicle is coupled to a chassis frame of the rail vehicle and which can be part of the first wheelset guiding device or the wheel guiding device.
  • At least a first distance sensor of the at least one device for derailment detection is connected to a chassis frame of the rail vehicle.
  • the first distance sensor is protected from excessive loads (e.g. due to impacts).
  • At least one evaluation device of the at least one device for derailment detection is arranged in or on a car body of the rail vehicle.
  • this measure prevents an excessive concentration of components of the derailment detection device on the running gear and can thus relieve the load on the running gear.
  • the evaluation device in or on the car body allows the evaluation device to be connected to an on-board power supply, to control devices and/or to a train bus etc. of the rail vehicle with little effort. It is conceivable that the evaluation device can be used as a central evaluation device is designed to which, for example, a plurality of distance sensors are connected.
  • a simple and reliable derailment detection is made possible by a method in which at least a first signal is emitted onto a rail of a track by means of at least one first distance sensor, a signal quality analysis is carried out by means of at least one evaluation device when at least a second signal is received as a reflection of the first signal by means of the at least first distance sensor, and a derailment is detected by means of the at least one evaluation device on the basis of the signal quality analysis when a signal quality fulfills a defined signal quality criterion indicating a derailment.
  • the signal quality criterion indicating a derailment can, for example, comprise a first comparison of the signal attenuation with respect to the second signal with a defined attenuation threshold, etc.
  • the signal quality criterion indicating a derailment may, for example, also include a second comparison of a signal-to-noise ratio with a signal-to-noise ratio threshold.
  • Examples include:
  • Fig. 1 A schematic side view of a section of an exemplary first embodiment of a rail vehicle according to the invention with an exemplary first embodiment of a device according to the invention for derailment detection,
  • Fig. 2 A schematic plan view of a section of an exemplary second embodiment of a rail vehicle according to the invention with an exemplary second embodiment of a device according to the invention for derailment detection, wherein a view of the rail vehicle from below is shown, and
  • FIG. 3 A flow chart for an exemplary
  • Embodiment variant of a method according to the invention for derailment detection for rail vehicles Embodiment variant of a method according to the invention for derailment detection for rail vehicles.
  • Fig. 1 shows a schematic side view of a section of an exemplary first embodiment of a rail vehicle according to the invention with an exemplary first embodiment of a device according to the invention for derailment detection.
  • the rail vehicle comprises a chassis 1 and a car body 2.
  • the chassis 1 has a first wheelset 3 and a second wheelset (not shown in Fig. 1).
  • the first wheelset 3 which comprises a first wheel 5 and a second wheel (not visible in Fig. 1), is coupled to a chassis frame 10 via a first wheelset bearing (not visible in Fig. 1), a first wheelset bearing housing 7, a swing arm 8 and a wheelset guide bush 9.
  • the first wheelset bearing and the first wheelset bearing housing 7 are arranged in the region of the first wheel 5.
  • the swing arm 8 and the wheelset guide bush 9 form a first wheelset guide device 11.
  • a first primary spring 12 is also arranged between the first wheelset bearing housing 7 and the chassis frame 10.
  • the first wheelset 3 is further connected to the chassis frame 10 via a second wheelset bearing, a second wheelset bearing housing, a second wheelset guide device and a second primary spring, which are not visible in Fig. 1.
  • the second wheelset bearing and the second wheelset bearing housing are arranged in the region of the second wheel.
  • the second wheelset guide device is designed in the same way as the first wheelset guide device 11 in terms of structural, functional and connection aspects.
  • the second primary spring is arranged between the second wheelset bearing housing and the chassis frame 10.
  • the second wheelset is designed in the same way as the first wheelset 3 in terms of construction, functionality and connection technology.
  • the chassis 1 is connected to the car body 2 via a first secondary spring 13 and a second secondary spring not visible in Fig. 1.
  • the device for derailment detection comprises a beam-based first distance sensor 14 designed as a radar sensor and an evaluation device 16.
  • the first distance sensor 14 is connected to a carrier 17, which is coupled to the first wheelset bearing housing 7.
  • the first wheelset bearing housing 7 is an unsprung component of the rail vehicle.
  • the carrier 17 has an L-shape and partially surrounds the first wheel 5.
  • the first distance sensor 14 is arranged directly in front of the first wheel 5 and above a rail 18 of a track on which the chassis 1 is arranged or on which the chassis 1 can roll over the first wheel set 3 and the second wheel set.
  • the first distance sensor 14 is therefore connected to the chassis 1 in such a way that the rail 18 can be irradiated with signals by means of the first distance sensor 14.
  • the first distance sensor 14 is connected, for example, to the first wheel set guide device 11 (for example, to the swing arm 8).
  • the evaluation device 16 is designed as a computer with a
  • measurement results of the first distance sensor 14 are evaluated.
  • the evaluation device 16 it is also conceivable to arrange the evaluation device 16 on the car body 2 (for example underfloor or on a roof of the rail vehicle and encased in a container, etc.).
  • the first distance sensor 14 and the evaluation device 16 it is also possible for the first distance sensor 14 and the evaluation device 16 to be designed as a unit, wherein this unit can be connected to the chassis 1, for example.
  • the evaluation device 16 is connected to an on-board power system of the rail vehicle (not shown in Fig. 1) and is supplied with electricity via this. Furthermore, the evaluation device 16 is connected to a train bus (not shown in Fig. 1) for data transmission (for example to a driver's cab of the rail vehicle (not shown in Fig. 1).
  • a cable 19 is arranged between the first distance sensor 14 and the evaluation device 16 for data transmission between the first distance sensor 14 and the evaluation device 16 and for supplying electricity to the first distance sensor 14.
  • the first distance sensor 14 is supplied with electricity via the evaluation device 16, which is connected to the on-board power supply, and via the cable 19.
  • the first distance sensor 14 has a first antenna 20 and the evaluation device 16 has a second antenna 21, which are provided for radio data transmission.
  • the first distance sensor 14 it is also possible for the first distance sensor 14 to include a battery or to be designed as an energy harvesting sensor, etc.
  • a measuring unit 22 of the first distance sensor 14 is directed vertically downwards.
  • a measuring axis 23 is aligned parallel to a vertical axis 24 of the rail vehicle.
  • a first signal 25 is emitted onto the rail 18 via the measuring unit 22 and a second signal 26 is received by the measuring unit 22 as a reflection of the first signal 25 on the rail 18.
  • a signal attenuation test is carried out with respect to the first signal 25 and the second signal 26 by means of a signal quality analysis 27, as is also described by way of example in connection with Fig. 3. If it is determined by means of the evaluation device 16 that a signal attenuation of the second signal 26 exceeds a defined attenuation threshold value, this indicates a derailment of the rail vehicle. Exceeding the defined attenuation threshold value by the signal attenuation indicates that the first wheel 5 is arranged or rolling on a surface with a strong scattering and/or absorption effect with respect to the first signal 25 (e.g. on a ballast bed or an asphalt surface) and it is concluded from this in the evaluation device 16 that the first wheel 5 is not supported on the rail 18.
  • the evaluation device 16 is therefore set up for signal quality analysis 27 of signals from the first distance sensor 14 to evaluate signal attenuation and to detect whether the first wheel 5 is supported on the rail 18.
  • the evaluation device 16 is set up for signal flow analysis of signals from the first distance sensor 14.
  • the signal path analysis can be used, for example, to assess whether the reflected second signal 26 is received by the first distance sensor 14 within a defined period of time, etc.
  • the evaluation device 16 is set up for signal quality analysis 27 by analyzing signal noise and/or signal strength.
  • the derailment can be detected, for example, by evaluating a signal-to-noise ratio, which is defined as the ratio of an average useful power to an average noise power of signals, etc.
  • the chassis 1 has, for example, loose wheel sets with individual wheels, wheel bearings, wheel bearing housings and wheel guiding devices and that the first distance sensor 14 is connected, for example, to a wheel bearing housing or a wheel guiding device.
  • Fig. 2 shows a schematic floor plan of a section of an exemplary second embodiment of a rail vehicle according to the invention with an exemplary second embodiment of a device according to the invention for derailment detection, wherein a view of the rail vehicle from below is shown.
  • the rail vehicle comprises a chassis 1 with a first wheel set 3 and a second wheel set 4 as well as a car body 2 which is coupled to the chassis 1.
  • the device for derailment detection comprises a first distance sensor 14 and a second distance sensor 15 in the area of a first wheel 5 of the first wheel set 3, as well as further distance sensors in the area of a second wheel 6 of the first wheel set 3 and in the area of the second wheel set 4.
  • the first distance sensor 14, the second distance sensor 15 and the further distance sensors are connected to the chassis 1 and, in terms of design and functional principles, are the same as the first distance sensor 14, as described by way of example in connection with Fig. 1.
  • the first distance sensor 14, the second distance sensor 15 and the further distance sensors according to Fig. 2 are, however, connected to a chassis frame 10 of the chassis 1, as is also shown by way of example in Fig. 1.
  • Measuring units of the first distance sensor 14, the second distance sensor 15 and the further distance sensors are aligned vertically downwards, so that a rail 18, as shown by way of example in Fig. 1 and on which the rail vehicle is arranged or rolls via the first wheel set 3 and the second wheel set 4, can be irradiated with electromagnetic waves emitted by the first distance sensor 14, the second distance sensor 15 and the further distance sensors.
  • the first wheel set 3 and the second wheel set 4 and thus also the first wheel 5 and the second wheel 6 of the first wheel set 3 as well as two further wheels of the second wheel set 4 are shown in Fig. 2 in a neutral steering state, i.e. in a non-deflected state of the first wheel set 3 and the second wheel set 4, as occurs, for example, when the rail vehicle travels on a straight track.
  • the alignment 28 of the first wheel 5 extends in the direction of travel of the rail vehicle in front of and behind the first wheel 5 .
  • the alignment 28 is an imaginary volume which, in the neutral steering state, extends predominantly in the direction of a longitudinal axis 29 of the rail vehicle and in the direction of a vertical axis projected in Fig. 2. 24 of the rail vehicle, wherein in the neutral steering state, front sides of the first wheel 5 laterally delimit the volume.
  • An extension of the alignment 28 in the direction of a transverse axis 30 of the rail vehicle is smaller in the neutral steering state than an extension of the alignment 28 in the direction of the longitudinal axis 29 and corresponds to a width of the first wheel 5 in the neutral steering state.
  • the additional distance sensors are arranged according to the same principle in front of and behind the second wheel 6 and the two additional wheels of the second wheel set 4. Two additional distance sensors are arranged in front of and behind the second wheel 6, and four additional distance sensors are arranged in front of and behind the additional wheels of the second wheel set 4.
  • Fig. 3 discloses a flow chart for an exemplary embodiment of a method according to the invention for derailment detection for rail vehicles.
  • the method is carried out by means of a device for derailment detection, as described by way of example in connection with Fig. 1.
  • a first distance sensor 14 designed as a radar sensor is used to emit a first signal 25, as shown by way of example in Fig. 1, in the form of electromagnetic waves onto a rail 18 of a track, as shown by way of example in Fig. 1 (signal emission 31). It is then checked whether a second signal 26, also shown in Fig. 1, which is a reflection of the first signal 25 on the rail 18, is received by way of the first distance sensor 14 (reception test 32).
  • first signal 25 is reflected at the rail 18 and the second signal 26 is received by the first distance sensor 14 (signal reception 33), an evaluation device 16, as shown by way of example in Fig. 1 is shown, a signal quality analysis 27 is carried out.
  • a signal attenuation measured by the first distance sensor 14 with respect to the second signal 26 in decibels, via which information is transmitted from the first distance sensor 14 to the evaluation device 16, is evaluated as an indicator of a possible derailment.
  • the signal attenuation is compared with a defined attenuation threshold value.
  • the attenuation threshold value is determined before commissioning of the device for derailment detection on the basis of comparative measurements with radar signals which are reflected from rails on the one hand and from surfaces with strong scattering and/or absorption (e.g. asphalt surfaces or ballast surfaces) on the other hand, and is set in the evaluation device 16.
  • the signal attenuation exceeds the attenuation threshold, this indicates that the first wheel 5 is no longer supported on the rail 18, but is arranged or rolling on a strongly scattering and/or absorbing surface (e.g. on an asphalt track or a ballast bed).
  • the attenuation threshold or an exceedance of the attenuation threshold by the signal attenuation forms a defined signal quality criterion indicating a derailment, which can be fulfilled by a signal quality with regard to the second signal 26. If such an exceedance occurs, the signal quality criterion is considered to be fulfilled and a derailment is consequently detected.
  • the derailment detection can be carried out, for example, by evaluating a signal-to-noise ratio, which is defined as the ratio of an average useful power to an average noise power of signals, etc.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entgleisungsdetektion für Schienenfahrzeuge sowie ein Schienenfahrzeug, die Vorrichtung umfassend zumindest einen strahlbasierten ersten Abstandssensor (14) und zumindest eine Auswerteeinrichtung (16), wobei der zumindest erste Abstandssensor (14) mit der zumindest einen Auswerteeinrichtung (16) signalübertragend verbunden ist, und wobei mittels der zumindest einen Auswerteeinrichtung (16) Messergebnisse des zumindest ersten Abstandssensors (14) auswertbar sind. Es wird vorgeschlagen, dass der zumindest erste Abstandssensor (14) mit einem Fahrwerk (1) in einer Weise verbindbar ist, dass eine Schiene (18) eines Gleises mittels des zumindest ersten Abstandssensors (14) mit Signalen bestrahlbar ist, wobei die zumindest eine Auswerteeinrichtung (16) zur Detektion, ob ein erstes Rad (5) eines Schienenfahrzeugs auf der Schiene (18) abgestützt ist, eingerichtet ist. Dadurch wird eine einfache und sichere Entgleisungsdetektion ermöglicht.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Entgleisungsdetektion für Schienenfahrzeuge und Schienenfahrzeug
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion für Schienenfahrzeuge , umfassend zumindest einen strahlbasierten ersten Abstandssensor und zumindest eine Auswerteeinrichtung, wobei der zumindest erste Abstandssensor mit der zumindest einen Auswerteeinrichtung signalübertragend verbunden ist , und wobei mittels der zumindest einen Auswerteeinrichtung Messergebnisse des zumindest ersten Abstandssensors auswertbar sind .
Schienenfahrzeuge müssen eine hohe Fahrsicherheit aufweisen . Eine genaue Einschätzung von technischen Zuständen von Fahrzeugen, Fahrwerken und weiteren Fahrzeugkomponenten ist daher wichtig . Insbesondere können Entgleisungen eines Schienenfahrzeugs schwere Schäden an Menschen und Umwelt sowie an dem Schienenfahrzeug selbst verursachen, weshalb eine Erkennung eines entgleisten Zustands des Schienenfahrzeugs von großer Bedeutung ist . Eine hohe Zuverlässigkeit im Hinblick auf eine Vermeidung von Fehlalarmen ist bei Vorrichtungen und Verfahren zur Entgleisungsdetektion ebenfalls wichtig . Es ist wünschenswert , dass derartige Vorrichtungen und Verfahren in einem Streckennetz flexibel eingesetzt werden können .
Verfahren und Vorrichtungen zur Entgleisungsdetektion sind bedeutsam . Beispielsweise sind für einen automatischen Fährbetrieb nach GoA 4 ( Grade of Automation, Stufe 4 ) laut IEC ( International Electrotechnical Commission) 62267 Mittel zur Entgleisungsdetektion vorgeschrieben .
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die WO 2004 / 101343 Al bekannt , in welcher ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Detektion einer Entgleisung von Schienenfahrzeugrädern of fenbart sind . Aus Messsignalen eines Beschleunigungssensors , welcher auf einem Radsatzlager eines Schienenfahrzeugs vorgesehen ist , werden mittels Integration Fallgeschwindigkeiten der Schienenfahrzeugräder ermittelt und eine Entgleisung dann detektiert , wenn eine Fallgeschwindigkeit einen definierten Grenzwert überschreitet . Weiterhin ist eine Detektion einer Entgleisung auch anhand eines Fallgeschwindigkeitsverlaufs vorgesehen . Dieser Ansatz weist in seiner bekannten Form den Nachteil ungenauer Detektionsergebnisse auf .
Darüber hinaus ist in der WO 2020/ 089035 Al ein Verfahren zur Entgleisungsdetektion bei einem Schienenfahrzeug of fenbart , bei welchem Fallgeschwindigkeiten eines ersten Radsatzendabschnitts und eines zweiten Radsatzendabschnitts zur Detektion einer Entgleisung mit unterschiedlichen Grenzwerten verglichen werden .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion anzugeben, bei welcher eine Verarbeitung von Beschleunigungen oder Fallgeschwindigkeiten nicht erforderlich ist .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion nach Anspruch 1 , bei welcher der zumindest erste Abstandssensor mit einem Fahrwerk in einer Weise verbindbar ist , dass eine Schiene eines Gleises mittels des zumindest ersten Abstandssensors mit Signalen bestrahlbar ist , wobei die zumindest eine Auswerteeinrichtung zur Detektion, ob ein erstes Rad eines Schienenfahrzeugs auf der Schiene abgestützt ist , eingerichtet ist .
Durch diese Maßnahme wird eine einfache und zugleich sichere Entgleisungsdetektion ermöglicht , welche darauf abzielt , nicht einen Entgleisungsvorgang, sondern einen entgleisten Zustand bei einem Schienenfahrzeug zu erkennen . Ein Einsatz von Beschleunigungssensoren ist nicht erforderlich, diese können aber als Redundanz zu dem ersten Abstandssensor vorgesehen sein . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist flexibel einsetzbar . Eine Einsatzbeschränkung der Vorrichtung auf bestimmte Strecken, auf welchen ein definiertes oder im Vorhinein bestimmtes Verhalten eines Schienenfahrzeugs bei einer Entgleisung ( insbesondere im Hinblick auf Beschleunigungen, Fallgeschwindigkeiten oder Fallwege des Schienenfahrzeugs etc . ) erwartbar ist , ist nicht erforderlich . Darüber hinaus gibt es für die erfindungsgemäße Vorrichtung auch keine Einschränkungen im Hinblick auf deren Einsatz auf bestimmten Schienenfahrzeugen . Es muss lediglich eine passende Position oder passende Positionen zur Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie Anschlüsse ( z . B . elektrische Anschlüsse , wenn die Vorrichtung nicht über eine Batterie mit Elektri zität versorgt wird, oder als Energy- Harvesting-Einheit ausgebildet ist , und Anschlüsse für eine Signal- oder Datenübertragung etc . ) vorgesehen sein . Es ist auch denkbar, dass ein Schienenfahrzeug z . B . erst nachträglich ( z . B . nach dessen Auslieferung an einen Betreiber ) mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet wird .
Der erste Abstandssensor ist mit einem Fahrwerk verbindbar . Ist das Fahrwerk auf einem Gleis angeordnet oder rollt darauf ab, so ist der erste Abstandssensor in Gleis- bzw . Schienennähe angeordnet , wodurch eine präzise Erkennung einer Entgleisung ermöglicht wird .
Dadurch, dass die zumindest eine Auswerteeinrichtung zur Detektion, ob ein erstes Rad eines Schienenfahrzeugs auf der Schiene abgestützt ist , eingerichtet ist , können Kriterien zur Erkennung einer Entgleisung simpel gefasst sein . Neben dem ersten Abstandssensor können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion weitere Abstandssensoren vorgesehen sein . Beispielsweise kann ein zweiter Abstandssensor, dessen physikalisches Messprinzip in Bezug auf den ersten Abstandssensor gleich oder verschieden sein kann, als Redundanz zu dem ersten Abstandssensor fungieren . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Es ist beispielsweise günstig, wenn der zumindest erste Abstandssensor als Radarsensor ausgebildet ist .
Dadurch können auch bei widrigen Witterungsbedingungen wie z . B . Regen, Schneefall oder Nebel verlässliche Messergebnisse erzielt werden .
Besonders präzise Messergebnisse können erhalten werden, wenn der zumindest erste Abstandssensor als optischer Sensor ausgebildet ist .
Beispielsweise ist es denkbar, den ersten Abstandssensor als Laserentfernungsmesser oder als Photomischdetektor etc . aus zubilden .
Eine Entgleisungsdetektion auf Grundlage einer unkompli zierten Logik kann realisiert werden, wenn die zumindest eine Auswerteeinrichtung zur Signalqualitätsanalyse von Signalen des zumindest ersten Abstandssensors , vorzugsweise zur Analyse einer Signaldämpfung, eines Signalrauschens und/oder einer Signalstärke eingerichtet ist . Eine Entgleisung kann beispielsweise dann festgestellt werden, wenn eine Signaldämpfung in Dezibel , wie sie z . B . aufgrund von Pfadverlusten auftritt , einen definierten Dämpfungsschwellwert überschreitet .
Eine Feststellung einer Entgleisung mittels der Signalqualitätsanalyse ist beispielsweise auch über Bewertung eines Signal-Rausch-Verhältnisses möglich, welches als Verhältnis einer mittleren Nutzleistung zu einer mittleren Rauschleistung der Signale definiert ist , etc .
Hil freich kann es auch sein, wenn die zumindest eine Auswerteeinrichtung zur Signallauf analyse von Signalen des zumindest ersten Abstandssensors eingerichtet ist . Mit der Signallauf analyse kann beispielsweise beurteilt werden, ob innerhalb einer definierten Zeitdauer ein von einer Schiene reflektiertes Signal von dem ersten Abstandssensor empfangen wird etc .
Eine zweckmäßige Lösung erhält man ferner insbesondere für eine Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung oberhalb einer Schiene , wenn eine Messeinheit des zumindest ersten Abstandssensors vertikal oder annähernd vertikal nach unten gerichtet ist .
Der erste Abstandssensor kann beispielsweise in Fahrtrichtung eines Schienenfahrzeugs unmittelbar vor oder hinter einem Rad des Schienenfahrzeugs angeordnet sein . Sind zusätzlich zu dem ersten Abstandssensor beispielsweise weitere Abstandssensoren vorgesehen, so kann z . B . der erste Abstandssensor vor dem Rad und ein zweiter Abstandssensor hinter dem Rad angeordnet sein .
Hil freich kann es weiterhin sein, wenn der zumindest erste Abstandssensor und die zumindest eine Auswerteeinrichtung als eine Einheit ausgebildet sind .
Durch diese Maßnahme können Übertragungswege zwischen dem ersten Abstandssensor und der Auswerteeinrichtung verkürzt werden .
Ein erfolgversprechendes Anwendungsgebiet für eine Entgleisungsdetektion kann mit einem Schienenfahrzeug mit zumindest einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion erschlossen werden .
Günstig kann es dabei sein, wenn zumindest ein erster Abstandssensor der zumindest einen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion zumindest in einem neutralen Lenkzustand in einer Flucht eines ersten Rads des Schienenfahrzeugs und nahe dem ersten Rad angeordnet ist , wobei die Flucht in dem neutralen Lenkzustand sich vorwiegend in Richtung einer Längsachse des Schienenfahrzeugs und in Richtung einer Hochachse des Schienenfahrzeugs erstreckend ausgerichtet ist .
Mit dem neutralen Lenkzustand ist ein nicht ausgelenkter Zustand des ersten Rads gemeint , wie er beispielsweise in einem geraden Streckenabschnitt auf tritt . Die Flucht ist ein gedachtes Volumen, welches sich in dem neutralen Lenkzustand vorwiegend in Richtung der Längsachse des Schienenfahrzeugs und in Richtung der Hochachse des Schienenfahrzeugs erstreckt , wobei in dem neutralen Lenkzustand Stirnseiten des ersten Rads beispielsweise innerhalb des Volumens angeordnet sind oder das Volumen seitlich begrenzen . Eine Erstreckung des Volumens in Richtung einer Querachse des Schienenfahrzeugs ist in dem neutralen Lenkzustand kleiner als eine Erstreckung des Volumens in Richtung der Längsachse und entspricht in dem neutralen Lenkzustand beispielsweise einer Breite des ersten Rads .
Eine Vorzugslösung erhält man, wenn zumindest ein erster Abstandssensor der zumindest einen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion mit einer ungefederten Komponente des Schienenfahrzeugs verbunden ist .
Durch diese Maßnahme werden variierende Abstände zwischen dem ersten Abstandssensor und einer Schiene aufgrund von Federungsvorgängen des Schienenfahrzeugs vermieden .
Eine zweckmäßige Positionierung der Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion zu einer Schiene kann erreicht werden, wenn zumindest ein erster Abstandssensor der zumindest einen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion mit einem ersten Radsatzlagergehäuse des Schienenfahrzeugs , mit einem Radlagergehäuse des Schienenfahrzeugs , mit einer ersten Radsatz führungsvorrichtung des Schienenfahrzeugs oder mit einer Radführungsvorrichtung des Schienenfahrzeugs verbunden ist .
Durch diese Maßnahme wird eine Anordnung des ersten Abstandssensors nahe an einem Rad des Schienenfahrzeugs und nahe an der Schiene ermöglicht . Bei dem ersten Radsatzlagergehäuse oder dem Radlagergehäuse kann es sich um eine ungefederte Komponente des Schienenfahrzeugs handeln ( z . B . dann, wenn Räder des Schienenfahrzeugs als ungefederte Räder ausgebildet sind) . Der erste Abstandssensor kann j edoch auch beispielsweise mit einem Schwingarm, über welchen ein Radsatz oder ein Rad des Schienenfahrzeugs mit einem Fahrwerksrahmen des Schienenfahrzeugs gekoppelt ist und welcher Teil der ersten Radsatz führungsvorrichtung oder der Radführungsvorrichtung sein kann, verbunden sein .
Günstig kann es auch sein, wenn zumindest ein erster Abstandssensor der zumindest einen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion mit einem Fahrwerksrahmen des Schienenfahrzeugs verbunden ist .
Ist der Fahrwerksrahmen beispielsweise über eine Primärf ederung mechanisch entkoppelt , so ist dadurch der erste Abstandssensor vor übermäßigen Belastungen ( z . B . aufgrund von Stößen) geschützt .
Eine vorteilhafte Lösung wird erzielt , wenn zumindest eine Auswerteeinrichtung der zumindest einen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion in oder an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs angeordnet ist .
Sind weitere Komponenten der Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion beispielsweise mit einem Fahrwerk des Schienenfahrzeugs verbunden, so wird durch diese Maßnahme eine zu starke Konzentration von Komponenten der Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion auf dem Fahrwerk vermieden und es kann dadurch das Fahrwerk entlastet werden .
Weiterhin ermöglicht eine Anordnung der Auswerteeinrichtung in oder an dem Wagenkasten einen Anschluss der Auswerteeinrichtung an eine Bordstromversorgung, an Steuergeräte und/oder an einen Zugbus etc . des Schienenfahrzeugs mit geringem Aufwand . Es ist denkbar, dass die Auswerteeinrichtung als zentrale Auswerteeinrichtung ausgebildet ist , mit welcher beispielsweise eine Mehrzahl an Abstandssensoren verbunden ist .
Eine einfache und sichere Entgleisungsdetektion wird mit einem Verfahren ermöglicht , bei dem mittels zumindest eines ersten Abstandssensors zumindest ein erstes Signal auf eine Schiene eines Gleises ausgestrahlt wird, mittels zumindest einer Auswerteeinrichtung eine Signalqualitätsanalyse durchgeführt wird, wenn mittels des zumindest ersten Abstandssensors zumindest ein zweites Signal als Reflexion des ersten Signals empfangen wird, und mittels der zumindest einen Auswerteeinrichtung auf Basis der Signalqualitätsanalyse eine Entgleisung dann detektiert wird, wenn eine Signalqualität ein definiertes , eine Entgleisung indi zierendes Signalqualitätskriterium erfüllt .
Hil freich kann es sein, wenn in der Signalqualitätsanalyse eine Bewertung einer Signaldämpfung, eines Signalrauschens und/oder einer Signalstärke durchgeführt wird .
Das eine Entgleisung indi zierende Signalqualitätskriterium kann beispielsweise einen ersten Vergleich der Signaldämpfung bezüglich des zweiten Signals mit einem definierten Dämpfungsschwellwert etc . umfassen .
Das eine Entgleisung indi zierende Signalqualitätskriterium kann z . B . auch einen zweiten Vergleich eines Signal-Rausch- Verhältnisses mit einem Signal-Rausch-Verhältnis-Schwellwert umfassen .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert .
Es zeigen beispielhaft :
Fig . 1 : Einen schematischen Seitenriss eines Ausschnitts aus einer beispielhaften ersten Aus führungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einer beispielhaften ersten Aus führungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion,
Fig . 2 : Einen schematischen Grundriss eines Ausschnitts aus einer beispielhaften zweiten Aus führungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einer beispielhaften zweiten Aus führungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion, wobei eine Ansicht von unten auf das Schienenfahrzeug dargestellt ist , und
Fig . 3 : Ein Flussdiagramm zu einer beispielhaften
Aus führungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entgleisungsdetektion für Schienenfahrzeuge .
Fig . 1 zeigt einen schematischen Seitenriss eines Ausschnitts aus einer beispielhaften ersten Aus führungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einer beispielhaften ersten Aus führungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion .
Das Schienenfahrzeug umfasst ein Fahrwerk 1 und einen Wagenkasten 2 . Das Fahrwerk 1 weist einen ersten Radsatz 3 sowie einen in Fig . 1 nicht dargestellten zweiten Radsatz auf . Der erste Radsatz 3 , welcher ein erstes Rad 5 und ein in Fig . 1 nicht sichtbares zweites Rad umfasst , ist über ein in Fig . 1 nicht sichtbares erstes Radsatzlager, ein erstes Radsatzlagergehäuse 7 , einen Schwingarm 8 und eine Radsatz führungsbuchse 9 mit einem Fahrwerksrahmen 10 gekoppelt . Das erste Radsatzlager und das erste Radsatzlagergehäuse 7 sind im Bereich des ersten Rads 5 angeordnet . Der Schwingarm 8 und die Radsatz führungsbuchse 9 bilden eine erste Radsatz führungsvorrichtung 11 . Zwischen dem ersten Radsatzlagergehäuse 7 und dem Fahrwerksrahmen 10 ist weiterhin eine erste Primärfeder 12 angeordnet .
Der erste Radsatz 3 ist ferner über ein zweites Radsatzlager, ein zweites Radsatzlagergehäuse , eine zweite Radsatz führungsvorrichtung sowie eine zweite Primärfeder, welche in Fig . 1 nicht sichtbar sind, mit dem Fahrwerksrahmen 10 verbunden . Das zweite Radsatzlager und das zweite Radsatzlagergehäuse sind im Bereich des zweiten Rads angeordnet .
Die zweite Radsatz führungsvorrichtung ist im Hinblick auf konstruktive , funktionelle und verbindungstechnische Gesichtspunkte gleich wie die erste Radsatz führungsvorrichtung 11 ausgeführt . Die zweite Primärfeder ist zwischen dem zweiten Radsatzlagergehäuse und dem Fahrwerksrahmen 10 angeordnet . Der zweite Radsatz ist im Hinblick auf konstruktive , funktionelle und verbindungstechnische Gesichtspunkte gleich wie der erste Radsatz 3 ausgeführt .
Das Fahrwerk 1 ist über eine erste Sekundärf eder 13 und eine in Fig . 1 nicht sichtbare zweite Sekundärf eder mit dem Wagenkasten 2 verbunden .
Die Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion umfasst einen strahlbasierten, als Radarsensor ausgebildeten ersten Abstandssensor 14 und eine Auswerteeinrichtung 16 . Der erste Abstandssensor 14 ist mit einem Träger 17 verbunden, welcher mit dem ersten Radsatzlagergehäuse 7 gekoppelt ist . Das erste Radsatzlagergehäuse 7 ist bei der beispielhaften ersten Aus führungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs eine ungefederte Komponente des Schienenfahrzeugs .
Der Träger 17 weist eine L-Form auf und umgrei ft das erste Rad 5 teilweise . Der erste Abstandssensor 14 ist unmittelbar vor dem ersten Rad 5 und oberhalb einer Schiene 18 eines Gleises , auf welchem das Fahrwerk 1 angeordnet ist bzw . auf welchem das Fahrwerk 1 über den ersten Radsatz 3 und den zweiten Radsatz abrollen kann, angeordnet . Der erste Abstandssensor 14 ist daher mit dem Fahrwerk 1 in einer Weise verbunden, dass die Schiene 18 mittels des ersten Abstandssensors 14 mit Signalen bestrahlt werden kann . Erfindungsgemäß ist es auch vorstellbar, dass der erste Abstandssensor 14 z . B . mit der ersten Radsatz führungsvorrichtung 11 (beispielsweise mit dem Schwingarm 8 ) verbunden ist . Erfindungsgemäß ist es weiterhin denkbar, den ersten Abstandssensor 14 statt als Radarsensor z . B . als optischen Sensor (beispielsweise als Laserentfernungsmesser oder als Photomischdetektor ) aus zubilden .
Die Auswerteeinrichtung 16 ist als Rechner mit einem
Mikroprozessor und einem Speicher ausgeführt und in dem Wagenkasten 2 angeordnet . Mittels der Auswerteeinrichtung 16 werden Messergebnisse des ersten Abstandssensors 14 ausgewertet . Erfindungsgemäß ist es auch vorstellbar, die Auswerteeinrichtung 16 an dem Wagenkasten 2 anzuordnen (beispielsweise unterflur oder auf einem Dach des Schienenfahrzeugs und mittels eines Containers ummantelt etc . ) . Weiterhin ist es auch möglich, dass der erste Abstandssensor 14 und die Auswerteeinrichtung 16 als eine Einheit ausgebildet sind, wobei diese Einheit beispielsweise mit dem Fahrwerk 1 verbunden sein kann .
Die Auswerteeinrichtung 16 ist mit einem in Fig . 1 nicht dargestellten Bordstromnetz des Schienenfahrzeugs verbunden und wird über dieses mit Elektri zität versorgt . Ferner ist die Auswerteeinrichtung 16 mit einem in Fig . 1 nicht gezeigten Zugbus zur Datenübertragung (beispielsweise in einen in Fig . 1 nicht dargestellten Führerraum des Schienenfahrzeugs ) verbunden .
Zwischen dem ersten Abstandssensor 14 und der Auswerteeinrichtung 16 ist zur Datenübertragung zwischen dem ersten Abstandssensor 14 und der Auswerteeinrichtung 16 sowie zur Elektri zitätsversorgung des ersten Abstandssensors 14 ein Kabel 19 angeordnet . Der erste Abstandssensor 14 wird über die Auswerteeinrichtung 16 , welche mit dem Bordstromnetz verbunden ist , und über das Kabel 19 mit Elektri zität versorgt .
Ferner weist der erste Abstandssensor 14 eine erste Antenne 20 und die Auswerteeinrichtung 16 eine zweite Antenne 21 auf , welche zur Funkdatenübertragung vorgesehen sind . Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass der erste Abstandssensor 14 eine Batterie umfasst oder als Energy- Harvesting-Sensor ausgeführt ist etc .
Eine Messeinheit 22 des ersten Abstandssensors 14 ist vertikal nach unten gerichtet . Eine Messachse 23 ist parallel zu einer Hochachse 24 des Schienenfahrzeugs ausgerichtet . Über die Messeinheit 22 wird in j enem in Fig . 1 gezeigten Mess zustand ein erstes Signal 25 auf die Schiene 18 ausgestrahlt und ein zweites Signal 26 als Reflexion des ersten Signals 25 an der Schiene 18 von der Messeinheit 22 empfangen .
In der Auswerteeinrichtung 16 , an welche von dem ersten Abstandssensor 14 eine Information über eine Signalqualität übermittelt wird, wird mittels einer Signalqualitätsanalyse 27 , wie sie beispielhaft auch im Zusammenhang mit Fig . 3 beschrieben ist , eine Signaldämpfungsprüfung bezüglich des ersten Signals 25 und des zweiten Signals 26 durchgeführt . Wird dabei mittels der Auswerteeinrichtung 16 festgestellt , dass eine Signaldämpfung des zweiten Signals 26 einen definierten Dämpfungsschwellwert überschreitet , so lässt dies auf eine Entgleisung des Schienenfahrzeugs schließen . Eine Überschreitung des definierten Dämpfungsschwellwerts durch die Signaldämpfung indi ziert , dass das erste Rad 5 auf einer Oberfläche mit einer starken Streu- und/oder Absorptionswirkung bezüglich des ersten Signals 25 ( z . B . auf einem Schotterbett oder einem Asphaltuntergrund) angeordnet ist oder abrollt und es wird daraus in der Auswerteeinrichtung 16 geschluss folgert , dass das erste Rad 5 nicht auf der Schiene 18 abgestützt ist .
Die Auswerteeinrichtung 16 ist demnach zur Signalqualitätsanalyse 27 von Signalen des ersten Abstandssensors 14 zur Bewertung einer Signaldämpfung sowie zur Detektion, ob das erste Rad 5 auf der Schiene 18 abgestützt ist , eingerichtet .
Erfindungsgemäß ist es auch denkbar, dass die Auswerteeinrichtung 16 zur Signallauf analyse von Signalen des ersten Abstandssensors 14 eingerichtet ist .
Mit der Signallauf analyse kann beispielsweise beurteilt werden, ob innerhalb einer definierten Zeitdauer das reflektierte zweite Signal 26 von dem ersten Abstandssensor 14 empfangen wird etc . Erfindungsgemäß ist es ferner auch vorstellbar, dass die Auswerteeinrichtung 16 zur Signalqualitätsanalyse 27 durch Analyse eines Signalrauschens und/oder einer Signalstärke eingerichtet ist . Mittels der Signalqualitätsanalyse 27 kann hierbei die Entgleisungsdetektion beispielsweise über Bewertung eines Signal-Rausch-Verhältnisses , welches als Verhältnis einer mittleren Nutzleistung zu einer mittleren Rauschleistung von Signalen definiert ist , vorgenommen werden etc .
Erfindungsgemäß ist es auch vorstellbar, dass das Fahrwerk 1 beispielsweise Losradsätze mit Einzelrädern, Radlagern, Radlagergehäusen und Radführungsvorrichtungen aufweist und dass der erste Abstandssensor 14 beispielsweise mit einem Radlagergehäuse oder einer Radführungsvorrichtung verbunden ist .
In Fig . 2 ist ein schematischer Grundriss eines Ausschnitts aus einer beispielhaften zweiten Aus führungsvariante eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einer beispielhaften zweiten Aus führungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion dargestellt , wobei eine Ansicht von unten auf das Schienenfahrzeug gezeigt ist .
Das Schienenfahrzeug umfasst ein Fahrwerk 1 mit einem ersten Radsatz 3 und einem zweiten Radsatz 4 sowie einen Wagenkasten 2 , welcher mit dem Fahrwerk 1 gekoppelt ist .
Die Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion umfasst im Bereich eines ersten Rads 5 des ersten Radsatzes 3 einen ersten Abstandssensor 14 und einen zweiten Abstandssensor 15 sowie weitere Abstandssensoren im Bereich eines zweiten Rads 6 des ersten Radsatzes 3 und im Bereich des zweiten Radsatzes 4 . Der erste Abstandssensor 14 , der zweite Abstandssensor 15 und die weiteren Abstandssensoren sind mit dem Fahrwerk 1 verbunden und im Hinblick auf konstruktive und funktionelle Prinzipien wie j ener erste Abstandssensor 14 , wie er beispielhaft im Zusammenhang mit Fig . 1 beschrieben ist , ausgeführt . Im Unterschied zu j ener beispielhaften ersten Aus führungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion gemäß Fig . 1 sind der erste Abstandssensor 14 , der zweite Abstandssensor 15 und die weiteren Abstandssensoren laut Fig . 2 j edoch mit einem Fahrwerksrahmen 10 des Fahrwerks 1 , wie er beispielhaft auch in Fig . 1 gezeigt ist , verbunden .
Messeinheiten des ersten Abstandssensors 14 , des zweiten Abstandssensors 15 und der weiteren Abstandssensoren sind vertikal nach unten ausgerichtet , so dass eine Schiene 18 , wie sie beispielhaft in Fig . 1 gezeigt ist und auf welcher das Schienenfahrzeug über den ersten Radsatz 3 und den zweiten Radsatz 4 angeordnet ist oder abrollt , mit von dem ersten Abstandssensor 14 , dem zweiten Abstandssensor 15 und den weiteren Abstandssensoren emittierten elektromagnetischen Wellen bestrahlt werden kann .
Der erste Abstandssensor 14 und der zweite Abstandssensor 15 sind in einer Flucht 28 des ersten Rads 5 nahe dem ersten Rad 5 angeordnet , wobei in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs der erste Abstandssensor 14 vor und der zweite Abstandssensor 15 hinter dem ersten Rad 5 angeordnet ist .
Der erste Radsatz 3 und der zweite Radsatz 4 und somit auch das erste Rad 5 und das zweite Rad 6 des ersten Radsatzes 3 sowie zwei weitere Räder des zweiten Radsatzes 4 sind in Fig . 2 in einem neutralen Lenkzustand, d . h . in einem nicht ausgelenkten Zustand des ersten Radsatzes 3 und des zweiten Radsatzes 4 , wie er beispielsweise bei einer Fahrt des Schienenfahrzeugs auf einem geraden Gleis auftritt , dargestellt .
Die Flucht 28 des ersten Rads 5 erstreckt sich in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs vor und hinter dem ersten Rad 5 . Es handelt sich bei der Flucht 28 um ein gedachtes Volumen, welches sich in dem neutralen Lenkzustand vorwiegend in Richtung einer Längsachse 29 des Schienenfahrzeugs und in Richtung einer in Fig . 2 proj i zierend erscheinenden Hochachse 24 des Schienenfahrzeugs erstreckt , wobei in dem neutralen Lenkzustand Stirnseiten des ersten Rads 5 das Volumen seitlich begrenzen . Eine Erstreckung der Flucht 28 in Richtung einer Querachse 30 des Schienenfahrzeugs ist in dem neutralen Lenkzustand kleiner als eine Erstreckung der Flucht 28 in Richtung der Längsachse 29 und entspricht in dem neutralen Lenkzustand einer Breite des ersten Rads 5 .
Die weiteren Abstandssensoren sind nach gleichem Prinzip vor und hinter dem zweiten Rad 6 und den zwei weiteren Rädern des zweiten Radsatzes 4 angeordnet . Vor und hinter dem zweiten Rad 6 sind zwei weitere Abstandssensoren angeordnet , vor und hinter den weiteren Rädern des zweiten Radsatzes 4 vier weitere Abstandssensoren .
Fig . 3 of fenbart ein Flussdiagramm zu einer beispielhaften Aus führungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entgleisungsdetektion für Schienenfahrzeuge .
Das Verfahren wird mittels einer Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion durchgeführt , wie sie beispielhaft im Zusammenhang mit Fig . 1 beschrieben ist .
Bei dem Verfahren wird mittels eines als Radarsensor ausgebildeten ersten Abstandssensors 14 , wie er beispielhaft in Fig . 1 gezeigt ist , ein beispielhaft in Fig . 1 gezeigtes erstes Signal 25 in Form von elektromagnetischen Wellen auf eine Schiene 18 eines Gleises , wie sie beispielhaft in Fig . 1 dargestellt ist , ausgestrahlt ( Signalausstrahlung 31 ) . Dann wird geprüft , ob mittels des ersten Abstandssensors 14 ein ebenfalls in Fig . 1 of fenbartes zweites Signal 26 , welches eine Reflexion des ersten Signals 25 an der Schiene 18 ist , empfangen wird (Empfangsprüfung 32 ) .
Erfolgt eine Reflexion des ersten Signals 25 an der Schiene 18 und wird das zweite Signal 26 von dem ersten Abstandssensor 14 empfangen ( Signalempfang 33 ) , so wird mittels einer Auswerteeinrichtung 16 , wie sie beispielhaft in Fig . 1 gezeigt ist , eine Signalqualitätsanalyse 27 durchgeführt .
In der Signalqualitätsanalyse 27 wird eine von dem ersten Abstandssensor 14 gemessene Signaldämpfung bezüglich des zweiten Signals 26 in Dezibel , über welche eine Information von dem ersten Abstandssensor 14 an die Auswerteeinrichtung 16 übermittelt wird, als Indikator für eine mögliche Entgleisung bewertet .
Hierbei wird in der Auswerteeinrichtung 16 die Signaldämpfung mit einem definierten Dämpfungsschwellwert verglichen .
Der Dämpfungsschwellwert wird vor Inbetriebnahme der Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion auf Basis von Vergleichsmessungen mit Radarsignalen, welche von Schienen einerseits und von Oberflächen mit starker Streuung und/oder Absorption ( z . B . Asphaltoberflächen oder Schotteroberflächen) andererseits reflektiert werden, ermittelt und in der Auswerteeinrichtung 16 eingestellt .
Überschreitet die Signaldämpfung den Dämpfungsschwellwert , so weist dies darauf hin, dass das erste Rad 5 nicht mehr auf der Schiene 18 abgestützt ist , sondern auf einer stark streuenden und/oder absorbierenden Oberfläche ( z . B . auf einer Asphaltbahn oder einem Schotterbett ) angeordnet ist oder abrollt .
Der Dämpfungsschwellwert bzw . eine Überschreitung des Dämpfungsschwellwerts durch die Signaldämpfung bildet ein definiertes , eine Entgleisung indi zierendes Signalqualitätskriterium, welches von einer Signalqualität bezüglich des zweiten Signals 26 erfüllt sein kann . Bei einer derartigen Überschreitung gilt das Signalqualitätskriterium als erfüllt und es wird folglich eine Entgleisung detektiert .
Erfindungsgemäß ist es auch denkbar, dass in der Signalqualitätsanalyse 27 eine Bewertung eines Signalrauschens und/oder einer Signalstärke durchgeführt wird . Mittels der Signalqualitätsanalyse 27 kann hierbei die Entgleisungsdetektion beispielsweise über Bewertung eines Signal-Rausch-Verhältnisses , welches als Verhältnis einer mittleren Nutzleistung zu einer mittleren Rauschleistung von Signalen definiert ist , vorgenommen werden etc .
Liste der Bezeichnungen
1 Fahrwerk
2 Wagenkasten
3 Erster Radsatz
4 Zweiter Radsatz
5 Erstes Rad
6 Zweites Rad
7 Erstes Radsatzlagergehäuse
8 Schwingarm
9 Radsatz führungsbuchse
10 Fahrwerksrahmen
11 Erste Radsatz führungsvorrichtung
12 Erste Primärfeder
13 Erste Sekundärf eder
14 Erster Abstandssensor
15 Zweiter Abstandssensor
16 Auswerteeinrichtung
17 Träger
18 Schiene
19 Kabel
20 Erste Antenne
21 Zweite Antenne
22 Messeinheit
23 Messachse
24 Hochachse
25 Erstes Signal
26 Zweites Signal
27 Signalqualitätsanalyse
28 Flucht
29 Längsachse
30 Querachse
31 Signalausstrahlung
32 Empfangsprüfung
33 Signalempfang

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion für Schienenfahrzeuge, umfassend zumindest einen strahlbasierten ersten Abstandssensor (14) und zumindest eine Auswerteeinrichtung (16) , wobei der zumindest erste Abstandssensor (14) mit der zumindest einen Auswerteeinrichtung (16) signalübertragend verbunden ist, und wobei mittels der zumindest einen Auswerteeinrichtung (16) Messergebnisse des zumindest ersten Abstandssensors (14) auswertbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest erste Abstandssensor (14) mit einem Fahrwerk (1) in einer Weise verbindbar ist, dass eine Schiene (18) eines Gleises mittels des zumindest ersten Abstandssensors (14) mit Signalen bestrahlbar ist, wobei die zumindest eine Auswerteeinrichtung (16) zur Detektion, ob ein erstes Rad (5) eines Schienenfahrzeugs auf der Schiene (18) abgestützt ist, eingerichtet ist.
2. Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest erste Abstandssensor (14) als Radarsensor ausgebildet ist.
3. Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest erste Abstandssensor (14) als optischer Sensor ausgebildet ist.
4. Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Auswerteeinrichtung (16) zur Signalqualitätsanalyse (27) von Signalen des zumindest ersten Abstandssensors (14) , vorzugsweise zur Analyse einer Signaldämpfung, eines Signalrauschens und/oder einer Signalstärke eingerichtet ist.
5. Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Auswerteeinrichtung (16) zur Signallauf analyse von Signalen des zumindest ersten Abstandssensors (14) eingerichtet ist.
6. Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinheit (22) des zumindest ersten Abstandssensors (14) vertikal oder annähernd vertikal nach unten gerichtet ist.
7. Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest erste Abstandssensor (14) und die zumindest eine Auswerteeinrichtung (16) als eine Einheit ausgebildet sind.
8. Schienenfahrzeug mit zumindest einer Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Schienenfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Abstandssensor (14) der zumindest einen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion zumindest in einem neutralen Lenkzustand in einer Flucht (28) eines ersten Rads (5) des Schienenfahrzeugs und nahe dem ersten Rad (5) angeordnet ist, wobei die Flucht (28) in dem neutralen Lenkzustand sich vorwiegend in Richtung einer Längsachse (29) des Schienenfahrzeugs und in Richtung einer Hochachse (24) des Schienenfahrzeugs erstreckend ausgerichtet ist.
10. Schienenfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Abstandssensor (14) der zumindest einen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion mit einer ungefederten Komponente des Schienenfahrzeugs verbunden ist .
11. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Abstandssensor (14) der zumindest einen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion mit einem ersten Radsatzlagergehäuse (7) des Schienenfahrzeugs, mit einem Radlagergehäuse des Schienenfahrzeugs, mit einer ersten Radsatzführungsvorrichtung (11) des Schienenfahrzeugs oder mit einer Radführungsvorrichtung des Schienenfahrzeugs verbunden ist.
12. Schienenfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Abstandssensor (14) der zumindest einen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion mit einem Fahrwerksrahmen (10) des Schienenfahrzeugs verbunden ist .
13. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Auswerteeinrichtung (16) der zumindest einen Vorrichtung zur Entgleisungsdetektion in oder an einem Wagenkasten (2) des Schienenfahrzeugs angeordnet ist.
14. Verfahren zur Entgleisungsdetektion für Schienenfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest eines ersten Abstandssensors (14) zumindest ein erstes Signal (25) auf eine Schiene (18) eines Gleises ausgestrahlt wird, mittels zumindest einer Auswerteeinrichtung (16) eine Signalqualitätsanalyse (27) durchgeführt wird, wenn mittels des zumindest ersten Abstandssensors (14) zumindest ein zweites Signal (26) als Reflexion des ersten Signals (25) empfangen wird, und mittels der zumindest einen Auswerteeinrichtung (16) auf Basis der Signalqualitätsanalyse (27) eine Entgleisung dann detektiert wird, wenn eine Signalqualität ein definiertes, eine Entgleisung indizierendes Signalqualitätskriterium erfüllt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Signalqualitätsanalyse (27) eine Bewertung einer Signaldämpfung, eines Signalrauschens und/oder einer Signalstärke durchgeführt wird.
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