WO2013092956A2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von raddurchmessern an schienenfahrzeugen - Google Patents

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WO2013092956A2
WO2013092956A2 PCT/EP2012/076558 EP2012076558W WO2013092956A2 WO 2013092956 A2 WO2013092956 A2 WO 2013092956A2 EP 2012076558 W EP2012076558 W EP 2012076558W WO 2013092956 A2 WO2013092956 A2 WO 2013092956A2
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Christoph GERICKE
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Technische Universität Berlin
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    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/64—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
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    • G01P3/803—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means in devices of the type to be classified in G01P3/66
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M17/08—Railway vehicles
    • G01M17/10—Suspensions, axles or wheels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining wheel diameters on rail vehicles.
  • the document EP 2 154 509 A1 discloses a device for the investigation of wheel diameter differences from speed differences on independently rotating wheels.
  • CN 100449259C and US 4,749,870 different methods for determining the wheel diameter of rail vehicles using light sources are claimed.
  • the wheel diameter is determined on a track.
  • angle-dependent data are obtained by means of sensors at certain measuring stations, with the help of the wheel diameter can be determined.
  • the document EP 1 630 518 A2 describes a method for determining the wheel diameter via sensors which are fastened to the rails.
  • the documents DE 103 05 923 A1 and DE 37 21 127 A1 describe methods for measuring the wheel diameter of rail-bound vehicles using magnetizing devices.
  • the document EP 2 199 735 A2 describes a method for non-contact dynamic detection of the diameter of a rail vehicle wheel by means of an image processing algorithm.
  • the document EP 1 197 419 A1 likewise describes a method and a device for determining the wheel diameter and / or the travel speed of a rail vehicle.
  • the document explains that the wheel diameter is determined from an acceleration signal and a rotational frequency signal.
  • the running circle diameter of railway wheels is usually only determined during a workshop visit. The determination is carried out with the aid of a wheel gauge or a scanning on a wheelset lathe. In passenger cars for passenger trains, this procedure is not a problem, since the cars for routine checks are often in the workshop. Freight wagons, on the other hand, are only serviced every six to eight years. In the meantime, there is usually no determination of the running circle diameter or, in short, wheel diameter determination. Furthermore, a control of the wheel profile of a rail vehicle is usually possible at most by visual inspection.
  • Regulators are also calling for mileage tracking of freight car wheelsets.
  • the values of said wheel diameters of 840 to 920 mm represent the manufacturing or operating limits for the most common wheels of the most common wheelsets.
  • the invention is equally applicable to wheels having a larger or smaller wheel diameter.
  • FIG. 1A Plotted is the profile height H of a wheel in mm above the Radbreites B of a wheel in mm. It can be seen that the wheel diameter d is reduced by the hollow running of the wheel.
  • the first profile height characteristic curve 1 .1 shows a wheel with a profile height without wear-induced hollow running of the wheel, while the second profile height characteristic curve 1 .2 shows the reduced profile height of the wheel resulting from wear.
  • the detected difference between the characteristic curves 1.1 and 1 .2 is Ad / 2. It is clear that there is a great interest in early and automatic detection of wheels which have worn very heavily in this way in order to provide maintenance for affected goods wagons or even passenger cars in the context of condition-based maintenance.
  • the invention has for its object to determine the diameter of at least one wheel of a rail vehicle while driving.
  • the invention proposes a method for determining at least one diameter of a wheel running on a rail and / or the speed of a rail vehicle in motion with at least two axles assigned to the wheels or bogies of the rail vehicle, which is characterized in that when crossing over track-side Irregularities at a lying on a first axis first measuring point a first acceleration signal and on a - seen in the direction of travel of the rail vehicle - behind the first measuring point on a second axis a second acceleration signal and at least one of the wheels a rotational frequency signal is measured, after which the acceleration difference between the acceleration signals is determined, whereby an acceleration-dependent reference speed of the rail vehicle and at least one rotational frequency-dependent reference speed of at least one wheel and from the two reference Speeds of at least one diameter of the at least one wheel is calculated.
  • the running time difference between the acceleration signals determined in the first or second embodiment is determined, whereby a reference speed of the rail vehicle dependent on the accelerations and at least one rotational frequency-dependent reference speed of at least one wheel and from these two reference speeds the at least one diameter of the at least one wheel is calculated.
  • the determination of the transit time difference lying between the acceleration signals is carried out by evaluating the first and second acceleration signal with the aid of the cross-correlation function and / or by evaluating a first and a second extrema, preferably maximum acceleration values in each case over time in a predefinable time window , It is understood that a first and second minimum acceleration value measured in a predeterminable time window in each case over the time can be equally used for the evaluation.
  • the at least one diameter is determined several times in a preferred embodiment in predeterminable time windows and statistically evaluated.
  • the statistical evaluation it is proposed according to the invention to use a histogram in which the at least one expected, multiply determined diameter of the at least one wheel is assigned predetermined interval widths, wherein that interval width which allocates the greatest number of the at least one multiply determined diameter has been determined, which corresponds to determined at least one diameter.
  • the first acceleration signal is measured at the first measuring point and the second acceleration signal at the second measuring point and the at least one rotational frequency signal of at least one of the wheels at a speed of the rail vehicle which is in a speed range of 20 km / h - 80 km / h is.
  • the method makes use of a device which is characterized in that at least one first acceleration sensor is associated with a first measuring point on the first axis and at least one second acceleration sensor on the second axis with a second measuring point, and at least one of the at least two wheels a rotation frequency sensor is associated, wherein the sensors interact with a detection unit which is at least adapted to detect and output at least two acceleration signals and at least one rotational frequency signal.
  • First Embodiment of the Device In the first embodiment, it is provided to associate with a first wheel (first measuring point) on the first axis at least one first acceleration sensor and a second wheel (second measuring point) on the second axis at least one second acceleration sensor, and allocate a rotational frequency sensor to at least one of the at least two wheels.
  • the second embodiment it is provided to associate at least one first acceleration sensor and a second bogie (second measuring point) on the second axis at least one second acceleration sensor to a first bogie (first measuring point) on the first axis, and at least one of the at least two Wheels of the bogie assign a rotation frequency sensor.
  • At least one detection unit is to be provided on the rail vehicle in the first and second embodiment in a basic embodiment, so that the at least two acceleration signals and the at least one rotation frequency signal can be read out in order subsequently to carry out an external evaluation by means of a readout and evaluation unit.
  • the sensors interact with a detection and evaluation unit of the rail vehicle which is suitable for detecting at least two acceleration signals and at least one rotational frequency signal and an acceleration-dependent reference speed of the rail vehicle and / or at least one diameter of the at least one wheel to calculate.
  • a detection and evaluation unit of the rail vehicle which is suitable for detecting at least two acceleration signals and at least one rotational frequency signal and an acceleration-dependent reference speed of the rail vehicle and / or at least one diameter of the at least one wheel to calculate.
  • only one read-out unit is needed because the data has already been evaluated.
  • the data control takes place, for example, in predefinable test intervals in a workshop or the like, wherein the rail vehicles are not in operation during the evaluation.
  • the sensors interact with an evaluation and transmission unit of the rail vehicle, which is adapted to detect at least two acceleration signals and at least one rotational frequency signal and an acceleration-dependent reference speed of the rail vehicle and / or calculate at least one diameter of the at least one wheel.
  • the data control then takes place, for example, by sending the data to an external receiver unit of a telematics system not belonging to the rail vehicle.
  • the sensors interact with a detection unit and transmission unit of the rail vehicle which is suitable for detecting at least two acceleration signals and at least one rotational frequency signal and sending it to an external receiver unit not belonging to the rail vehicle, so that an acceleration-dependent reference speed of the rail vehicle and / or the at least one diameter of the at least one wheel does not take place in the detection and transmission unit of the rail vehicle, but is / are calculated in an external reception and evaluation unit.
  • the main advantage here is that an evaluation and assessment of the data at the location of the receiving and evaluation takes place without the rail vehicles must be taken out of service, since the data is sent to the receiving and evaluation.
  • the detection and transmission unit located on the rail vehicle has a simpler structure, since the evaluation takes place in an external reception and evaluation unit.
  • the acceleration sensors for detecting the at least two acceleration signals are arranged on a wheel disc of the respective wheel.
  • the acceleration sensors for detecting the at least two acceleration signals are arranged on a wheel set shaft assigned to the respective wheel.
  • the acceleration sensors for detecting the at least two acceleration signals are arranged on an axle bearing housing of a wheel set bearing of the wheel set shaft assigned to the respective wheel.
  • the arrangement may theoretically be chosen differently, that is, a wheel is assigned for example an acceleration sensor which sits directly on the wheel disc of the wheel, while another wheel is associated with an acceleration sensor, which is arranged for example on the Achslagerdeckel ,
  • an acceleration sensor which is arranged for example on the Achslagerdeckel
  • To record the acceleration signals has been found to be practicable, for example, assign the Achslagerdeckel a wheel an acceleration sensor and the other wheel also on the Achslagerdeckel in a comparable position also to arrange another acceleration sensor.
  • the acceleration sensors for detecting the at least two acceleration signals are each arranged on a bogie, so that the acceleration signals can be detected by at least two bogies whose constant distance is known.
  • the preferred arrangement of the at least one rotational frequency sensor for detecting the at least one rotational frequency signal takes place in a first preferred embodiment on a wheel disc of the wheel whose wheel diameter is to be determined.
  • the at least one rotational frequency sensor is arranged on a wheel set shaft assigned to the respective wheel whose wheel diameter is to be determined.
  • a third embodiment can preferably be provided in a third embodiment to arrange the at least one rotational frequency sensor on a respective inner wheel whose wheel diameter is to be determined, assigned rotating inner ring and / or rotating rolling elements of the wheelset bearing of the wheelset.
  • To determine the rotational frequency of the wheel comes in a possible embodiment of the third embodiment of a Radsatzlager associated wheel, a rolling bearing used, the rolling bearing of the wheel has integrated sensors for speed determination of the bearing, from which it can be concluded that the rotational frequency of the wheel.
  • a telematics system can be equipped, which for wireless remote monitoring of at least one diameter of a on a Rail running wheel and / or the speed of a running rail vehicle is used.
  • the telematics system is characterized by at least one of the claims 1 to 6 and / or by a device according to at least one of the claims 7 to 19, wherein the at least one detection unit of the device comprises either a transmitting device, so that at least two acceleration signals and at least one rotational frequency signal a receiving and evaluating unit of the telematics system can be emitted, or comprises an evaluation and transmission device, so that an acceleration-dependent reference speed of the rail vehicle and / or at least one diameter at least one wheel can be emitted to a receiving unit of the telematics system / are.
  • FIG. 1A shows a known wear behavior on the basis of a wheel profile measurement of FIG
  • Figure 1 B is a perspective view of a symbolically represented
  • FIG. 2A shows a device according to the invention for determining the diameter
  • Wheel of the rail vehicle in a first embodiment
  • Figure 2B shows an inventive device for determining the diameter of a
  • FIG. 3 shows a diagram for illustrating the accelerations of a first and a second wheel over time in a time window according to the first embodiment according to FIG. 2A;
  • Figure 4 is a schematic representation of the method steps of the method according to the invention.
  • Figure 5 is a histogram for explaining the procedure of the statistical
  • Figure 6 is a diagram of a frequency spectrum of an intact wheel compared to a defective wheel (flat) as a normalized amplitude versus frequency;
  • Figure 7 is a diagram of the diameter of the intact wheel over the number of with
  • Figure 8 is a diagram of the diameter of the defective wheel over the number of with
  • Diameter calculations based on a total amount of evaluated measurements as a function of a speed of the rail vehicle.
  • rail S vehicles F which are referred to below as rail vehicles F.
  • the measuring points for detecting the accelerations a ⁇ ⁇ a 2 of the respective wheel Ri, R 2 and for detecting the at least one rotational frequency f- ⁇ at least one wheel Ri are selected as follows ,
  • a device 10 in which at least two wheels R- 1 , R 2 , which are mounted behind one another on axes Y1, Y2 extending in the y-direction in the x-direction, have their spacing s R between the axes Y1, Y2 is known, at least two acceleration sensors Sa n and at least one rotational frequency sensor Sf n are arranged.
  • the wheels Ri, R 2 according to the directional arrow x are adjacent to each other.
  • a first sensor Sai and a second wheel R 2 can be uniquely assigned to a first wheel Ri on the rail vehicle F to mount a second sensor Sa 2 for detecting the acceleration of the first wheel Ri and second wheel R 2 .
  • the sensors are hereinafter referred to as first and second acceleration sensor Sai, Sa 2 .
  • the arrangement must be such that the acceleration sensors Sa- ⁇ , Sa 2 are able to determine the acceleration signals a ⁇ ⁇ , a 2 of the respective wheel Ri, R2 unique.
  • the acceleration sensors Sai, Sa 2 there is an unambiguous assignment of the acceleration sensors Sai, Sa 2 to the respective wheel Ri, R 2 , either an arrangement on a wheel disc or on a wheelset shaft or on a axle housing receiving the wheelset or on an axle bearing cover.
  • the acceleration sensor Sa n can also be arranged above the respective wheel R n . It is crucial that the respective acceleration signal detected and clearly one of the at least two wheels R- ⁇ , R 2 can be assigned.
  • the acceleration sensors Sa- 1 , Sa 2 are arranged, for example, in one of the possible design variants, for example, on an axle bearing cover of the axle bearing housing, which is arranged on the first and second wheels Ri, R 2 -as seen in the y-direction-in the axial extension of a wheelset shaft is.
  • An arrangement on the axle bearing cover simplifies the measurement relative to an arrangement on the rotating wheel disc or axle. However, such arrangements are not excluded and are thus expressly included in the invention.
  • the acceleration sensors Sa- 1 , Sa 2 are aligned in such a way that the irregularities which predominantly affect the z-direction can be detected.
  • the acceleration sensor Sa- 1 , Sa 2 respectively shown in FIG. 2A is preferably aligned in the z-direction.
  • the invention also includes acceleration sensors Sa-i, Sai which are not aligned in the z-direction, since the acceleration of a wheel Ri, R 2 with acceleration sensors Sa- ⁇ , Sa 2 is measured in the y-direction or x direction or between the main Cartesian coordinates - obliquely aligned - are arranged.
  • first rotational frequency sensor Sfi for detecting a rotational frequency of the first wheel Ri
  • second rotation frequency sensor Sf 2 for detecting the rotational frequency of the second Rades R 2 , hereinafter called second rotation frequency sensor Sf 2 , to order.
  • a single rotational frequency sensor Sfi is sufficient to determine at least one diameter d n of a single wheel, for example of the first wheel Ri. That is, the device 10 comprises at least two wheels R- 1 , R 2 and two acceleration sensors Sai and Sa 2 , but only one rotational frequency sensor Sfi is required by at least one diameter d n , the first wheel Ri, or the second Rades R 2 to determine.
  • two rotational frequency sensors Sf 1 , Sf 2 are arranged directly on each of a wheel Ri, R 2 of two wheelsets adjacent in the x direction.
  • the arrangement of the at least one rotation frequency f- ⁇ , f 2 indicating rotation frequency sensor Sf must
  • an arrangement can be made directly on the rotating wheel disc of the first and second wheels Ri, R 2 or also on the rotating wheelset shaft.
  • the wheels Ri, R 2 of a first and a second wheelset of the bogie with the sensors Sa-i shown in FIG. 2A can be seen in the x-direction - consecutively supported on y-axis Y1, Y2 , Sfi; Sa 2 , Sf 2 be equipped.
  • the two wheels R-1 of a first wheel set are on the first Y1 axis and the two wheels R 2 of a second wheel set are mounted on the second Y2 axis.
  • the first diameter di of the first wheel R1 of the first set of wheels and the second diameter d 2 of the second wheel R 2 of the second set of wheels can be determined.
  • Second Embodiment The procedure within the method and the embodiment of the device 10 in the second embodiment is analogous, however, a different arrangement of the measuring points is selected, wherein the distance of the measuring points is also known, as will be explained below with reference to FIG 2B.
  • a device 10 in which at least two bogies DG-i, DG 2 , which are mounted one behind the other on axes Y1, Y2 extending in the y direction, whose distance S D G between the Axes Y1, Y2 is known, at least two acceleration sensors Sa n and at least one rotational frequency sensor Sf n are arranged.
  • the bogies DG-i, DG 2 according to the directional arrow x are adjacent to each other.
  • a possible distance S D G is the distance from pivot to pivot of two consecutive bogies DGi, DG 2 , which is referred to as the pivot distance of a rail vehicle F.
  • FIG 2B is provided uniquely assigned uniquely assigned to mount 2 on the rail vehicle F a first bogie DGi a first sensor Sai and a second bogie DG 2 a second sensor Sa 2 for detecting the acceleration of the first bogie DGi and second bogie DG.
  • the sensors are named analogously to the first embodiment, first and second acceleration sensor Sai, Sa 2 .
  • the arrangement must be such that the acceleration sensors Sa- ⁇ , Sa 2 are capable of a 2 of the respective bogie DGi, precisely identified DG 2, the acceleration signals a ⁇ ⁇ .
  • the arrangement of the rotational frequency sensors Sf n is carried out according to Figure 2B analogous to Figure 2A.
  • the procedure described below for evaluating the acquired raw data (a n , f n ) can be transferred analogously to the second embodiment, wherein the distance s R to be used in the formulas in the second embodiment, the distance S D G between the two bogies DG-i DG 2 according to FIG. 2B.
  • the acceleration signals a ⁇ ⁇ , a 2 of the wheels Ri, R 2 are determined. It follows that the acceleration characteristics 3.1 and 3.2 in the second embodiment are not received on the first and second wheels Ri, R 2 , but on the first and second bogies DGi, DG 2 .
  • FIG. 3 shows a characteristic curve of a first and a second acceleration characteristic curves 3.1 and 3.2 of the first wheel Ri and of the second wheel R 2 .
  • the associated method for determining at least one diameter d n of a wheel R n of a rail vehicle F exploits the effect that by passing over track-side irregularities to specific acceleration signals a ⁇ ⁇ , a 2 on the first and second axis Y1, Y2 of the rail vehicle F is coming.
  • a first acceleration signal ai is determined in accordance with diagram 3 and process diagram 4 over time t, whereby the leading first wheel Ri lying on the first axis Y1-as seen in the direction of travel x-first encounters an existing irregularity, with a time offset ⁇ t on the second axis Y2 trailing second wheel R 2 meets the same irregularity. Due to the irregularities arise on the two wheels R- ⁇ , R 2 different acceleration signals, a first acceleration signal ai and a second Acceleration signal a 2 , as illustrated by the rashes of the curves 3.1 and 3.2.
  • shocks are considered by turnouts and other irregularities.
  • the maximums ai max , a 2m ax of the acceleration signals a- ⁇ , a 2 shown in FIG. 3 can be determined and can be used for the evaluation, as will be explained below.
  • the determination of the transit time difference At is done in a first preferred embodiment, by evaluating the acceleration signals a ⁇ ⁇ , a 2 over the time t by using the cross-correlation function (KKF) and / or in a second embodiment with evaluation of at least two maximum acceleration values ai max, a 2max which are each determined in a predeterminable time range, in a time window t Ges .
  • KF cross-correlation function
  • the method for determining at least one diameter di, d 2 of at least one wheel Ri, R 2 is based on the following calculation:
  • a reference velocity vref a of the rail vehicle S can be determined via the transit time difference ⁇ t and the known distance s R (first embodiment): s R
  • a histogram is created according to FIG. 5 in a preferred embodiment of the method.
  • the largest number A of determined wheel diameters di, d 2 is assigned to an interval 0.824 to 0.825, for example.
  • the interval with the largest assigned number A is according to the statistical evaluation of the desired wheel diameter di or d 2 , as will be explained in the practical example shown in Figure 5 below.
  • test drives The recorded data was confirmed during test drives.
  • the results of a test drive are shown in FIG. 5 in a diagram. The results were evaluated as described and compared with workshop protocols, which were created directly before the test drives.
  • the most of the determined wheel diameters could be assigned to the interval 0.825 to 0.826 m.
  • the calculated wheel diameter di of a first wheel Ri is thereafter 825 mm to 826 mm. This result agrees with a measured in the workshop first wheel diameter di of the first wheel Ri of 825 mm.
  • the second wheel R 2 investigated, the same picture emerges. After the tests, an accuracy of ⁇ 1 mm is achieved. Since a hollow of the wheels R- 1 , R 2 was observed up to 20 mm in diameter, by means of the device 10 and the method already a deterioration of the wheel of 5%, that is, there are already 5% of the maximum expected Hohllaufes a wheel Ri, R 2 detectable. Thus, with the described method and the device 10, even a slight change in profile can be detected very well.
  • the advantage over the sensitive method known from the document EP 1 197 419 A1 is that the method presented in this patent application is independent of the threshold frequency which is based on the assumption of a constant threshold distance of a rail mounted on sleepers.
  • the threshold distance is not constant in practice, but may vary in particular between different countries. Therefore, the known method is inaccurate, insofar as the threshold distance is regarded as a constant, or it must be done to improve the accuracy of the method, a complex metrological detection of the threshold distance. Even with a metrological detection of the threshold distance, so has given an error consideration, the known method compared to the method proposed here provides less accurate values.
  • the metrological detection is difficult because the threshold frequency, which leads by means of a secondary deflection of the rail in the region of the threshold to a periodic excitation of the wheelset and is determined by this Sekundär bebiegung is often not strong enough pronounced.
  • the acceleration signals derived from the threshold frequency frequency according to the prior art lead to a greater error in the evaluation of the acceleration signals assuming the same sampling rates than in the inventive evaluation of the acceleration signals, which occur due to irregularities of the rail S by means of the wheels associated acceleration sensors.
  • the threshold forms vary, so that the evaluation of the threshold frequency is additionally complicated.
  • the new device and the new method has the Advantage on that a determination of the diameter of a wheel without knowledge of the threshold distance and the shape of the laid thresholds is possible, and also with less metrological effort, a higher accuracy is achieved.
  • an essential advantage of the invention is that the method can also be applied to sleeper-free rails (fixed carriageway).
  • the determination of the diameter d n of the wheel R n is carried out by detecting rail-side irregularities regardless of the presence of thresholds.
  • a factor influencing the measurements is that the wheels R n themselves may be defective, as a result of which the determination of the threshold frequency in accordance with EP 1 197 419 A1 is no longer possible, as will be explained below with reference to FIGS. 6 to 8.
  • Figure 6 shows by way of dashed lines illustrated first characteristic curve K1 measured from the axle bearing accelerations a n obtained frequency spectrum of a damage-free (intact) wheel R n and using a continuous illustrated second characteristic line K2 from measured on the axle bearing accelerations a n obtained frequency spectrum of a damaged (broken ) Rades R n .
  • damage to wheels R n for example, flat areas and polygonizations (non-circularity) and eccentricities are considered.
  • the damage shown is a flat spot, but in other damage, such as occurring polygonizations and / or occurring eccentricities of a wheel R n has a comparable effect.
  • Both characteristic curves K1, K2 were determined in a short time interval of approximately 2 s as normalized amplitude (standard value 1) above the frequency in Hz for a range from 0 to 100 Hz.
  • the first characteristic curve K1 again clearly shows, using the normalized amplitude signal of the determined frequency in a short period of time of approximately 2 s, that such a measurement is not significant enough to determine the threshold frequency without further ado.
  • the first characteristic curve K1 is more comparable to a noisy signal, which does not permit any clear statements about a clear-cut frequency.
  • the determination of the threshold frequency is only possible with a very high metrological effort and especially only when the measurements are made over a very long period of time. In long measurement periods, however, the existing boundary conditions usually change, so that this approach usually does not lead to good results.
  • the diameter d n of a defective wheel R n calculated in each case in the predeterminable time interval several times (for example 16,000 times) - in the exemplary embodiment with a flat position - is plotted against the number of calculations carried out by cross-correlation.
  • the curves K5, K6 are based on a wheel diameter di, d 2 of 0.825m each and a distance s R between the two wheels R- ⁇ , R 2 of 1, 8m.
  • FIG. 9 shows the proportion of diameter calculations in which an error ⁇ 2 mm based on the true diameter d n of a wheel R n was achieved by so-called "good measurements", like the fifth characteristic K 5 with reference to a total amount of evaluated measurements, the number of which shows a sixth characteristic K6.
  • the calculation of the proportion of "good measurements” is carried out over a speed range of + 1-2 km / h, ie the represented proportion of "good measurements” was calculated, for example, at 20 km / h for the speed range of 18 km / h. h up to 22 km / h and determined at 30 km / h in a speed range of 28 km / h to 32 km / h.
  • an increasing vehicle speed v of the rail vehicle F leads to an increased probability that a track-side irregularity will pass through both the first wheel Ri and the second wheel R 2 during a period of observation of, for example, 2s.
  • An increasing travel speed v of the rail vehicle F therefore advantageously increases the number of "good measurements.”
  • an increasing travel speed v of the rail vehicle F advantageously further reduces the effects of changing travel speeds v of the rail vehicle F on the diameter calculation.
  • the statistical evaluation in the stated speed range of 20 km / h to 80 km / h also has the advantage that the necessary computational effort is reduced. Each diameter calculation is associated with the corresponding computational effort. Evaluating the data only within the optimum speed range from 20 km / h to 80 km / h thus advantageously leads to an increase in the efficiency of the method and, in the diameter calculation within the statistical evaluation, to an increase in the accuracy of the determined diameter d n .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Durchmessers (dn) eines auf einer Schiene (S) laufenden Rades (Rn) und/oder der Geschwindigkeit (v) eines sich in Fahrt befindenden Schienenfahrzeuges (F) mit mindestens zwei den Rädern (R1, R2) oder Drehgestellen (DG1, DG2) des Schienenfahrzeuges (F) zugeordneten Achsen (Y1, Y2). Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass beim Überfahren von schienenseitigen Unregelmäßigkeiten an einem auf einer ersten Achse (Y1) liegenden ersten Messpunkt (R1; DG1) ein erstes Beschleunigungssignal (a1) und an einem - in Fahrtrichtung (x) des Schienenfahrzeuges (F) gesehen - hinter dem ersten Messpunkt (R1; DG1) auf einer zweiten Achse (Y2) liegenden zweiten Messpunkt (R2; DG2) ein zweites Beschleunigungssignal (a2) sowie an mindestens einem der Räder (R1, R2) ein Rotationsfrequenzsignal (f1, f2) gemessen wird, wonach die zwischen den Beschleunigungssignalen (a1, a2) liegende Laufzeitdifferenz (Δt) ermittelt wird, wodurch eine beschleunigungsabhängige Referenz-Geschwindigkeit (vref a) des Schienenfahrzeuges (F) und mindestens eine rotationsfrequenzabhängige Referenz-Geschwindigkeit (vref fn) mindestens eines Rades (R1, R2) und aus den beiden Referenz-Geschwindigkeit (vref a, vref fn) der mindestens eine Durchmesser (d1, d2) des mindestens einen Rades (R1, R2) berechnet wird. Die dazu notwendige Anordnung von mindestens zwei Beschleunigungssignal-Sensoren (Sa1, Sa2) und mindestens einem Rotationsfrequenzsignal-Sensor (Sf1, Sf2) innerhalb einer Vorrichtung (10) wird beschrieben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Raddurchmessern an Schienenfahrzeugen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Raddurchmessern an Schienenfahrzeugen.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Druckschriften entnehmbar, die technische Lösungen zur Bestimmung eines Raddurchmessers eines Schienenfahrzeuges beschreiben.
Die Druckschrift EP 2 154 509 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Untersuchung von Raddurchmesserunterschieden aus Drehzahlunterschieden an voneinander unabhängig rotierenden Rädern. In den Druckschriften DE 101 02 673 A1 , CN 100449259C und US 4,749,870 werden unterschiedliche Verfahren zum Bestimmen des Raddurchmessers von Schienenfahrzeugen unter Einsatz von Lichtquellen beansprucht.
In den Druckschriften CH 688 728 A5 und DE 35 22 809 C2 wird der Raddurchmesser auf einer Laufspur bestimmt.
In der Druckschrift US 4,866,642 werden mittels Sensoren an bestimmten Messstationen winkelabhängige Daten gewonnen, mit deren Hilfe der Raddurchmesser bestimmt werden kann.
Die Druckschrift EP 1 630 518 A2 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung des Raddurchmessers über Sensoren, welche an den Schienen befestigt sind.
Ferner werden in den Druckschriften DE 103 05 923 A1 und DE 37 21 127 A1 Verfahren zum Messen des Raddurchmessers von schienengebundenen Fahrzeugen unter Verwendung von Magnetisierungsvorrichtungen beschrieben. Die Druckschrift EP 2 199 735 A2 beschreibt ein Verfahren zur berührungslosen dynamischen Erfassung des Durchmessers eines Schienenfahrzeugrades mittels eines Bildverarbeitungsalgorithmus.
Schließlich lehrt die Druckschrift DE 295 16 461 U1 eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Raddurchmessers mittels einer Markierung auf einem Rad und einer optischen Markierleseeinrichtung.
In der Druckschrift EP 1 197 419 A1 wird ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Raddurchmessers und/oder der Fahrtgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeuges beschrieben. In der Druckschrift wird erläutert, dass der Raddurchmesser aus einem Beschleunigungssignal und einem Drehfrequenzsignal ermittelt wird.
In der Praxis wird zur Bestimmung der Laufkreisdurchmesser derzeit noch wie folgt vorgegangen: Der Laufkreisdurchmesser von Eisenbahnrädern wird in der Regel nur bei einem Werkstattaufenthalt bestimmt. Die Bestimmung erfolgt mit Hilfe einer Radlehre oder einer Abtastung auf einer Radsatzdrehbank. Bei Personenwagen für Personenzüge stellt dieses Vorgehen kein Problem dar, da sich die Personenwagen zu Routinekontrollen häufig in der Werkstatt befinden. Güterwagen hingegen werden nur alle sechs bis acht Jahre gewartet. In der Zwischenzeit erfolgt in der Regel keine Laufkreisdurchmesserbestimmung beziehungsweise kurz gesagt Raddurchmesserbestimmung. Ferner ist eine Kontrolle des Radprofils eines Schienenfahrzeuges normalerweise höchstens per Sichtprüfung möglich.
Mit dem zunehmenden Aufkommen von Telematiksystemen an Güterwagen, durch die eine Fernüberwachung der Fahrwerkstechnik auf sicherheitsrelevante Defekte erfolgt, ist der Bedarf an einer einfachen Möglichkeit zur Bestimmung des Laufkreisdurchmesser der Räder von Schienenfahrzeugen allgemein entstanden. Der Nutzen der Überwachung durch Telematiksysteme entsteht dadurch, dass ohne Werkstattaufenthalt ermittelt werden kann, ob Wartungen notwendig sind, beziehungsweise ob die Wartungen in naher oder entfernter Zukunft durchgeführt werden müssen.
Derzeit fordern die Regulierungsbehörden auch eine Laufleistungserfassung von Radsätzen von Güterwagen. Derzeit werden hierfür ausschließlich die Radumdrehungen erfasst. Da jedoch der Raddurchmesser von Güterwagen bei den in Europa am verbreitesten eingesetzten Bauarten zwischen 840 mm und 920 mm variiert, entsteht bei einer mittels der Radumdrehungen der Räder der Radsätze erfassten Laufleistung ein potentieller Fehler von fast 7%. Die Werte der genannten Raddurchmesser von 840 bis 920 mm stellen die Herstell- beziehungsweise Betriebsgrenzmaße für die am weitesten verbreiteten Räder der gebräuchlichsten Radsätze dar. Tatsächlich existieren auch Räder mit größeren und kleineren Raddurchmessern, diese sind jedoch nicht so verbreitet. Die Erfindung ist für Räder, die einen größeren oder kleineren Raddurchmesser aufweisen, gleichermaßen anwendbar.
Hinzu kommt, dass das Profil von Güterwagenrädern und die Einhaltung von Grenzmaßen für einen sicheren Betrieb der Güterwagen essentiell ist. Seit der Einführung der Komposit-Brems- Sohle an Schienenfahrzeugen wird verstärkt ein Hohllauf an den Räder der Schienenfahrzeuge beobachtet. Dieses Problem ist in Figur 1A anhand eines Diagramms dargestellt. Aufgetragen ist die Profilhöhe H eines Rades in mm über der Radbreites B eines Rades in mm. Es wird erkennbar, dass sich der Raddurchmesser d durch den Hohllauf des Rades reduziert. Die erste Profilhöhen-Kennlinie 1 .1 zeigt ein Rad mit einer Profilhöhe ohne verschleißbedingten Hohllauf des Rades, während die zweite Profilhöhen-Kennlinie 1 .2, die durch Verschleiß entstehende reduzierte Profilhöhe des Rades zeigt. Die erfasste Differenz zwischen den Kennlinien 1.1 und 1 .2 beträgt Ad/2. Es wird deutlich, dass ein großes Interesse darin besteht, insbesondere auf diese Weise stark verschlissene Räder frühzeitig und automatisch zu erkennen, um betroffene Güterwagen oder auch Personenwagen im Rahmen einer zustandsabhängigen Instandhaltung der Wartung zuzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Durchmesser mindestens eines Rades eines Schienenfahrzeuges während der Fahrt zu ermitteln.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Durchmessers eines auf einer Schiene laufenden Rades und/oder der Geschwindigkeit eines sich in Fahrt befindenden Schienenfahrzeuges mit mindestens zwei den Rädern oder Drehgestellen des Schienenfahrzeuges zugeordneten Achsen vor, welches sich dadurch auszeichnet, dass beim Überfahren von schienenseitigen Unregelmäßigkeiten an einem auf einer ersten Achse liegenden ersten Messpunkt ein erstes Beschleunigungssignal und an einem - in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges gesehen - hinter dem ersten Messpunkt auf einer zweiten Achse liegenden zweiten Messpunkt ein zweites Beschleunigungssignal sowie an mindestens einem der Räder ein Rotationsfrequenzsignal gemessen wird, wonach die zwischen den Beschleunigungssignalen liegende Laufzeitdifferenz ermittelt wird, wodurch eine beschleunigungsabhängige Referenz-Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges und mindestens eine rotationsfrequenzabhängige Referenz-Geschwindigkeit mindestens eines Rades und aus den beiden Referenz-Geschwindigkeiten der mindestens eine Durchmesser des mindestens einen Rades berechnet wird.
Erste Ausführungsform des Verfahrens:
Zur Bestimmung mindestens eines Durchmessers eines auf einer Schiene laufenden Rades und/oder der Geschwindigkeit eines sich in Fahrt befindenden Schienenfahrzeuges mit mindestens zwei einen konstanten Abstand aufweisenden Rädern wird in der ersten Ausführungsform wie folgt vorgegangen: Beim Überfahren von schienenseitigen Unregelmäßigkeiten an einem auf der ersten Achse liegenden ersten Rad (erster Messpunkt) wird ein erstes Beschleunigungssignal und an einem - in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges gesehen - hinter dem ersten Rad auf der zweiten Achse liegenden zweiten Rad (zweiter Messpunkt) wird ein zweites Beschleunigungssignal sowie an mindestens einem der Räder wird ein Rotationsfrequenzsignal gemessen. (Figur 2A) Zweite Ausführungsform des Verfahrens:
Zur Bestimmung mindestens eines Durchmessers eines auf einer Schiene laufenden Rades und/oder der Geschwindigkeit eines sich in Fahrt befindenden Schienenfahrzeuges mit mindestens zwei einen konstanten Abstand aufweisenden Drehgestellen wird in der zweiten Ausführungsform wie folgt vorgegangen: Beim Überfahren von schienenseitigen Unregelmäßigkeiten wird an einem auf der ersten Achse liegenden ersten Drehgestell (erster Messpunkt) ein erstes Beschleunigungssignal und an einem - in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges gesehen - hinter dem ersten Drehgestell auf der zweiten Achse liegenden zweiten Drehgestell (zweiter Messpunkt) wird ein zweites Beschleunigungssignal sowie an mindestens einem der Räder wird ein Rotationsfrequenzsignal gemessen. (Figur 2B)
Zur ersten und zweiten Ausführungsform des Verfahrens: Danach wird die zwischen den in der ersten oder zweiten Ausführungsform ermittelten Beschleunigungssignalen, liegende Laufzeitdifferenz ermittelt, wodurch eine von den Beschleunigungen abhängige Referenz-Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges und mindestens eine rotationsfrequenzabhängige Referenz-Geschwindigkeit mindestens eines Rades und aus diesen beiden Referenz-Geschwindigkeiten der mindestens eine Durchmesser des mindestens einen Rades berechnet wird.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung, wird die Ermittlung der zwischen den Beschleunigungssignalen liegenden Laufzeitdifferenz unter Auswertung des ersten und zweiten Beschleunigungssignales mit Hilfe der Kreuzkorrelationsfunktion und/oder unter Auswertung eines ersten und eines zweiten Extremas, vorzugsweise maximalen Beschleunigungswerten jeweils über der Zeit in einem vorgebbaren Zeitfenster vorgenommen. Es versteht sich, dass ein erster und zweiter minimaler Beschleunigungswert in einem vorgebbaren Zeitfenster jeweils über der Zeit gemessen gleichermaßen zur Auswertung herangezogen werden kann. Der mindestens eine Durchmesser wird in einer bevorzugten Ausgestaltung in vorgebbaren Zeitfenstern mehrmals ermittelt und statistisch ausgewertet.
In einer möglichen Ausgestaltung der statistischen Auswertung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Histogramm zu verwenden, in dem der mindestens eine erwartete, mehrfach ermittelte Durchmesser des mindestens einen Rades vorgebbaren Intervallbreiten zugeordnet wird, wobei diejenige Intervallbreite, der die größte Anzahl des mindestens einen mehrfach ermittelten Durchmessers zugeordnet worden ist, dem zu ermittelten mindestens einen Durchmesser entspricht. In einer bevorzugten vorteilhaften Ausführungsvariante, wird das erste Beschleunigungssignal an dem ersten Messpunkt und das zweite Beschleunigungssignal an dem zweiten Messpunkt sowie das mindestens eine Rotationsfrequenzsignal mindestens eines der Räder bei einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges gemessen, die in einem Geschwindigkeitsbereich von 20 km/h - 80 km/h liegt. Das Verfahren bedient sich einer Vorrichtung, welches sich dadurch auszeichnet, dass einem ersten Messpunkt auf der ersten Achse mindestens ein erster Beschleunigungs-Sensor und einem zweiten Messpunkt auf der zweiten Achse mindestens ein zweiter Beschleunigungs- Sensor zugeordnet ist, und wenigstens einem der mindestens zwei Räder ein Rotationsfrequenz-Sensor zugeordnet ist, wobei die Sensoren mit einer Erfassungseinheit interagieren, die zumindest dazu geeignet ist, mindestens zwei Beschleunigungssignale sowie mindestens ein Rotationsfrequenzsignal zu erfassen und auszugeben.
Erste Ausführungsform der Vorrichtung: In der ersten Ausführungsform ist vorgesehen, einem ersten Rad (erster Messpunkt) auf der ersten Achse mindestens einen ersten Beschleunigungs-Sensor und einem zweiten Rad (zweiter Messpunkt) auf der zweiten Achse mindestens einen zweiten Beschleunigungs-Sensor zuzuordnen, und wenigstens einem der mindestens zwei Räder ein Rotationsfrequenz-Sensor zuzuordnen.
Zweite Ausführungsform der Vorrichtung:
In der zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, einem ersten Drehgestell (erster Messpunkt) auf der ersten Achse mindestens einen ersten Beschleunigungs-Sensor und einem zweiten Drehgestell (zweiter Messpunkt) auf der zweiten Achse mindestens einen zweiten Beschleunigungs-Sensor zuzuordnen, und wenigstens einem der mindestens zwei Räder des Drehgestells einen Rotationsfrequenz-Sensor zuzuordnen.
Zur ersten und zweiten Ausführungsform der Vorrichtung:
Prinzipiell ist in der ersten und zweiten Ausführungsform in einer Basis-Ausführungsvariante zumindest eine Erfassungseinheit auf dem Schienenfahrzeug vorzusehen, so dass die mindestens zwei Beschleunigungssignale sowie das mindestens eine Rotationsfrequenzsignal ausgelesen werden kann, um nachfolgend eine externe Auswertung mittels einer Auslese- und Auswerteeinheit vorzunehmen. In einer ersten Ausführungsvariante beider Ausführungsformen interagieren die Sensoren mit einer Erfassungs- und Auswerteeinheit des Schienenfahrzeuges, die dazu geeignet ist, mindestens zwei Beschleunigungssignale sowie mindestens ein Rotationsfrequenzsignal zu erfassen und eine beschleunigungsabhängige Referenz-Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges und/oder mindestens einen Durchmesser des mindestens einen Rades zu berechnen. Zur Datenkontrolle wird dann nur noch eine Ausleseeinheit benötigt, da die Daten bereits ausgewertet sind.
In beiden zuvor genannten Ausführungsvarianten, erfolgt die Datenkontrolle beispielsweise in vorgebbaren Prüfintervallen in einer Werkstatt oder dergleichen, wobei die Schienenfahrzeuge während der Auswertung nicht in Betrieb sind.
In einer zweiten Ausführungsvariante, die ebenfalls für beide Ausführungsformen anwendbar ist, interagieren die Sensoren mit einer Auswerte- und Sendeeinheit des Schienenfahrzeuges, die dazu geeignet ist, mindestens zwei Beschleunigungssignale sowie mindestens ein Rotationsfrequenzsignal zu erfassen und eine beschleunigungsabhängige Referenz- Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges und/oder mindestens einen Durchmesser des mindestens einen Rades zu berechnen. Die Datenkontrolle erfolgt dann beispielsweise durch Senden der Daten an eine externe nicht zum Schienenfahrzeuges gehörende Empfangseinheit eines Telematiksystems. Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass eine Beurteilung der ausgewerteten Daten am Ort der Empfangseinheit erfolgt, ohne das die Schienenfahrzeuge außer Betrieb genommen werden müssen, da die Daten an die Empfangseinheit versendet werden.
In einer dritten ebenfalls für beide Ausführungsformen geltenden Ausführungsvariante, interagieren die Sensoren mit einer Erfassungseinheit- und Sendeeinheit des Schienenfahrzeuge, die dazu geeignet ist, mindestens zwei Beschleunigungssignale sowie mindestens ein Rotationsfrequenzsignal zu erfassen und an eine externe nicht zum Schienenfahrzeug gehörende Empfangseinheit zu versenden, so dass eine beschleunigungsabhängige Referenz-Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges und/oder der mindestens eine Durchmesser des mindestens einen Rades nicht in der Erfassungs- und Sendeeinheit des Schienenfahrzeuges erfolgt, sondern in einer externen Empfangs- und Auswerteeinheit berechnet wird/werden. Der wesentliche Vorteil besteht auch hier darin, dass eine Auswertung und Beurteilung der Daten am Ort der Empfangs- und Auswerteeinheit erfolgt, ohne das die Schienenfahrzeuge außer Betrieb genommen werden müssen, da die Daten an die Empfangs- und Auswerteeinheit versendet werden. Darüber hinaus ist, die sich auf dem Schienenfahrzeug befindende Erfassungs- und Sendeeinheit einfacher aufgebaut, da die Auswertung in einer externen Empfangs- und Auswerteeinheit erfolgt.
Anordnung der Beschleunigungs-Sensoren in der ersten Ausführungsform:
In einer bevorzugten ersten Ausgestaltung der Erfindung, sind die Beschleunigungs-Sensoren zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale an einer Radscheibe des jeweiligen Rades angeordnet.
In einer anderen zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, sind die Beschleunigungs- Sensoren zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale an einer dem jeweiligen Rad zugeordneten Radsatzwelle angeordnet.
In einer weiteren dritten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, sind die Beschleunigungs- Sensoren zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale an einem dem jeweiligen Rad zugeordneten Achslagergehäuse eines Radsatzlagers der Radsatzwelle angeordnet. In einer vierten Ausgestaltung ist vorgeschlagen, die Beschleunigungs-Sensoren zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale an einem dem jeweiligen Rad zugeordneten Achslagerdeckel anzuordnen.
Schließlich wird in einer fünften Ausgestaltung vorgeschlagen, die Beschleunigungs-Sensoren zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale an einem dem jeweiligen Rad zugeordneten Achslager anzuordnen.
An einem Schienenfahrzeug kann die Anordnung theoretisch unterschiedlich gewählt sein, das heißt einem Rad ist beispielsweise ein Beschleunigungs-Sensor zugeordnet, der direkt an der Radscheibe des Rades sitzt, während einem anderen Rad ein Beschleunigungs-Sensor zugeordnet ist, der beispielsweise an dem Achslagerdeckel angeordnet ist. Zur Aufzeichnung der Beschleunigungssignale hat sich als praktikabel herausgestellt, beispielsweise dem Achslagerdeckel eines Rad einen Beschleunigungs-Sensor zuzuordnen und dem anderen Rad ebenfalls am Achslagerdeckel in vergleichbarer Position ebenfalls einen weiteren Beschleunigungs-Sensor anzuordnen. Anordnung der Beschleunigungs-Sensoren in der zweiten Ausführungsform:
In der zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beschleunigungs-Sensoren zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale jeweils an einem Drehgestell angeordnet sind, so dass die Beschleunigungssignale von mindestens zwei Drehgestellen erfassbar sind, deren konstanter Abstand bekannt ist.
Anordnung eines Rotationsfrequenz-Sensors in der ersten und zweiten Ausführungsform:
Die bevorzugte Anordnung des mindestens einen Rotationsfrequenz-Sensors zur Erfassung des mindestens einen Rotationsfrequenzsignals erfolgt in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung an einer Radscheibe des Rades, dessen Raddurchmesser ermittelt werden soll.
In einer anderen bevorzugten zweiten Ausgestaltung wird der mindestens eine Rotationsfrequenz-Sensors an einer dem jeweiligen Rad zugeordneten Radsatzwelle, dessen Raddurchmesser ermittelt werden soll, angeordnet.
Ferner kann bevorzugt in einer dritten Ausgestaltung vorgesehen sein, den mindestens einen Rotationsfrequenz-Sensors an einem dem jeweiligen Rad, dessen Raddurchmesser ermittelt werden soll, zugeordneten rotierenden Innenring und/oder rotierenden Wälzkörpern des Radsatzlagers der Radsatzwelle anzuordnen. Zur Bestimmung der Rotationsfrequenz des Rades kommt in einer möglichen Ausführung der dritten Ausgestaltung des einem Radsatzlager zugeordneten Rades ein Wälzlager zum Einsatz, wobei das Wälzlager des Rades integrierte Sensoren zur Drehzahlbestimmung des Wälzlagers aufweist, woraus auf die Rotationsfrequenz des Rades geschlossen werden kann.
Mit Hilfe der Vorrichtung und dem Verfahren kann ein Telematiksystem ausgestattet werden, welches zur drahtlosen Fernüberwachung mindestens eines Durchmessers eines auf einer Schiene laufenden Rades und/oder der Geschwindigkeit eines sich in Fahrt befindenden Schienenfahrzeuges dient.
Das Telematiksystem zeichnet sich durch mindestens einen der Patentansprüche 1 bis 6 und/oder durch eine Vorrichtung nach mindestens einem der Patentansprüche 7 bis 19 aus, wobei die mindestens eine Erfassungseinheit der Vorrichtung entweder eine Sendeeinrichtung umfasst, so dass mindestens zwei Beschleunigungssignale und mindestens ein Rotationsfrequenzsignal an eine Empfangs- und Auswerteeinheit des Telematiksystems aussendbar sind, oder eine Auswerte- und Sendeeinrichtung umfasst, so dass eine beschleunigungsabhängige Referenz-Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges und/oder mindestens ein Durchmesser mindestens einen Rades an eine Empfangseinheit des Telematiksystems aussendbar ist/sind.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1A ein bekanntes Verschleißverhalten anhand einer Radprofilmessung von
Rädern eines Schienenfahrzeuges;
Figur 1 B eine perspektivische Darstellung eines symbolhaft dargestellten
Schienenfahrzeug mit zugeordneten kartesischen Koordinaten nach dem Stand der Technik;
Figur 2A eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Durchmessers
Rades des Schienenfahrzeuges in einer ersten Ausführungsform;
Figur 2B eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Durchmessers eines
Rades des Schienenfahrzeuges in einer zweiten Ausführungsform; Figur 3 ein Diagramm zur Darstellung der Beschleunigungen eines ersten und eines zweiten Rades über der Zeit in einem Zeitfenster gemäß der ersten Ausführungsform nach Figur 2A;
Figur 4 eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 5 ein Histogramm zur Erläuterung der Vorgehensweise der statistischen
Auswertung gemäß Figur 5 anhand eines ersten Rades. Figur 6 ein Diagramm eines Frequenzspektrums eines intaktes Rades im Vergleich zu einem defekten Rad (Flachstelle) als normierte Amplitude über der Frequenz;
Figur 7 ein Diagramm des Durchmessers des intakten Rades über der Anzahl der mit
Hilfe der Kreuzkorrelation vorgenommenen Berechnungen des Durchmessers anhand eines erfindungsgemäßen Formelalgorithmus;
Figur 8 ein Diagramm des Durchmessers des defekten Rades über der Anzahl der mit
Hilfe der Kreuzkorrelation vorgenommenen Berechnungen des Durchmessers anhand des erfindungsgemäßen Formelalgorithmus;
Figur 9 ein Diagramm mit einem Anteil an „Gut-Messungen" und zugehörigen
Durchmesserberechnungen bezogen auf eine Gesamtmenge an ausgewerteten Messungen in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges.
Die nachfolgende Beschreibung erfolgt stellvertretend für alle auf einer Schiene S fahrenden Fahrzeuge F, die nachfolgend als Schienenfahrzeuge F bezeichnet werden.
Für die Zwecke der Beschreibung soll die in Längsrichtung des Fahrzeuges liegende Richtung mit„x" bezeichnet werden. Mit„y" wird die Richtung in der Horizontalen des Fahrzeuges quer zur x-Richtung bezeichnet, und mit„z" wird die Richtung in der Vertikalen des Fahrzeuges quer zur x-Richtung bezeichnet. Die Figur 2A zeigt, unter Zuhilfenahme der Figur 1 B in der die üblicherweise einem Schienenfahrzeug F zugeordneten kartesischen Koordinaten x, y, z zur eindeutigen Festlegung der nachfolgend verwendeten Richtungsangaben dargestellt sind, die Vorrichtung 10 zur laufenden Bestimmung eines Durchmessers dn (n= 1 , 2, 3 ...) mindestens eines Rades Rn des Schienenfahrzeuges F in einer ersten Ausführungsform.
Erste Ausführungsform:
Mittels der in Figur 2A dargestellten Vorrichtung 10 und dem zugehörigen Verfahren, wird in der ersten Ausführungsform der Durchmesser mindestens eines Rades Ri (n=1 ) ermittelt.
Zur Bestimmung des Durchmessers mindestens eines Rades Ri (n=1 ) werden die Messpunkte zur Erfassung der Beschleunigungen a^\, a2 des jeweiligen Rades Ri, R2 und zur Erfassung der mindestens einen Rotationsfrequenz f-ι mindestens eines Rades Ri wie folgt gewählt. In der ersten Ausführungsform wird eine Vorrichtung 10 geschaffen, bei der zumindest an zwei - in x-Richtung gesehen - hintereinander auf sich in y-Richtung erstreckenden Achsen Y1 , Y2 gelagerte Räder R-ι, R2, deren Abstand sR zwischen den Achsen Y1 , Y2 bekannt ist, mindestens zwei Beschleunigungs-Sensoren San und mindestens ein Rotationsfrequenz-Sensor Sfn angeordnet sind. In der Figur 2A liegen die Räder Ri, R2 gemäß dem Richtungspfeil x entsprechend nebeneinander.
Gemäß Figur 2A ist vorgesehen, am Schienenfahrzeug F einem ersten Rad Ri eindeutig zuordenbar einen ersten Sensor Sai und einem zweiten Rades R2 eindeutig zuordenbar einen zweiten Sensor Sa2 zur Erfassung der Beschleunigung des ersten Rades Ri und zweiten Rades R2 anzubringen. Die Sensoren werden nachfolgend erster und zweiter Beschleunigungs-Sensor Sai, Sa2 genannt.
Prinzipiell muss die Anordnung so erfolgen, dass die Beschleunigungs-Sensoren Sa-ι, Sa2 in der Lage sind, die Beschleunigungssignale a^\, a2 des jeweiligen Rades Ri, R2 eindeutig zu ermitteln. Dazu erfolgt eine eindeutige Zuordnung der Beschleunigungs-Sensoren Sai, Sa2 zu dem jeweiligen Rad R-i, R2, entweder eine Anordnung an einer Radscheibe oder an einer Radsatzwelle oder an einem die Radsatzwelle aufnehmende Achslagergehäuse oder an einem Achslagerdeckel. In einer denkbaren Anordnungsvariante kann der Beschleunigungs-Sensor San auch oberhalb des jeweiligen Rades Rn angeordnet sein. Entscheidend ist, dass das jeweilige Beschleunigungssignal erfasst und eindeutig einem der mindestens zwei Räder R-ι, R2 zugeordnet werden kann.
Im Ausführungsbeispiel sind die Beschleunigungs-Sensoren Sa-ι, Sa2 beispielsweise in einer der möglichen Ausgestaltungsvarianten beispielsweise an einem Achslagerdeckel des Achslagergehäuses angeordnet, der am ersten und zweiten Rad R-i, R2 - in y-Richtung gesehen - in axialer Verlängerung einer Radsatzwelle angeordnet ist. Eine Anordnung am Achslagerdeckel vereinfacht die Messung gegenüber einer Anordnung an der rotierenden Radscheibe oder Radsatzwelle. Solche Anordnungen sind jedoch nicht ausgeschlossen und werden somit ausdrücklich von der Erfindung umfasst.
Die Beschleunigungs-Sensoren Sa-ι, Sa2 werden, wie in Figur 2A dargestellt, derart ausgerichtet, dass die vorwiegend in z-Richtung auswirkenden Unregelmäßigkeiten erfassbar sind. Der in Figur 2A jeweils dargestellte Beschleunigungs-Sensor Sa-ι, Sa2 ist vorzugsweise in z-Richtung ausgerichtet. Die Erfindung umfasst auch Beschleunigungs-Sensoren Sa-i, Sai die nicht in z-Richtung ausgerichtet sind, da die Beschleunigung eines Rades R-i, R2 auch mit Beschleunigungs-Sensoren Sa-ι, Sa2 messbar ist, die in y-Richtung oder x-Richtung oder zwischen den kartesischen Hauptkoordinaten - schräg ausgerichtet - angeordnet sind.
Gemäß Figur 2A ist ferner vorgesehen, an dem ersten Rad Ri einen ersten Sensor Sfi zur Erfassung einer Rotationsfrequenz des ersten Rades Ri, nachfolgend erster Rotationsfrequenz- Sensor Sfi genannt und an dem zweiten Rad R2 einen zweiten Sensor Sf2 zur Erfassung der Rotationsfrequenz des zweiten Rades R2, nachfolgend zweiter Rotationsfrequenz-Sensor Sf2 genannt, anzuordnen.
Mit einer solchen Anordnung sind die Durchmesser di, d2 beider Räder R-iund R2 bestimmbar. Grundsätzlich reicht zur Ermittlung mindestens eines Durchmessers dn eines einzigen Rades, beispielsweise des ersten Rades Ri ein einziger Rotationsfrequenz-Sensor Sfi aus. Das heißt, die Vorrichtung 10 umfasst mindestens zwei Räder R-ι, R2 und zwei Beschleunigungs-Sensoren Sai und Sa2, jedoch wird nur ein Rotationsfrequenz-Sensor Sfi benötigt um mindestens einen Durchmesser dn, des ersten Rades R-i, oder des zweiten Rades R2 zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Rotationsfrequenz -Sensoren Sf|, Sf2 direkt an jeweils einem Rad R-i, R2 zweier in x-Richtung benachbarter Radsätze angeordnet.
Prinzipiell muss die Anordnung des mindestens einen die Rotationsfrequenz f-ι, f2 anzeigenden Rotationsfrequenz -Sensors Sf|, Sf2 an einem Ort erfolgen, die der Rotationsfrequenz f1 , f2 des ersten Rades R-iund zweiten Rades R2 eindeutig zugeordnet werden kann, insofern kann eine Anordnung direkt an der rotierenden Radscheibe des ersten und zweiten Rades Ri, R2 oder auch an der rotierenden Radsatzwelle erfolgen.
Bei einem ein Drehgestell aufweisenden Güterwagens können die in x-Richtung gesehen - hintereinander auf sich in y-Richtung erstreckenden Achsen Y1 , Y2 gelagerten Räder Ri, R2 eines ersten und eines zweiten Radsatzes des Drehgestells mit den in Figur 2A dargestellten Sensoren Sa-i, Sfi; Sa2, Sf2 ausgestattet sein. Die beiden Räder R-ι eines ersten Radsatzes sind auf der ersten Y1 -Achse und die beiden Räder R2 eines zweiten Radsatzes sind auf der zweiten Y2-Achse gelagert. Bei dieser Ausgestaltung kann der erste Durchmesser di des ersten Rades R1 des ersten Radsatzes und der zweite Durchmesser d2 des zweiten Rades R2 des zweiten Radsatzes bestimmt werden. Mit Hilfe dieser Anordnung kann, da die Räder eines Radsatzes starr auf einer Radsatzwelle liegen auch auf den Verschleiß und den Durchmesser der in y- Richtung gegenüberliegenden Räder geschlussfolgert werden. Soll eine genaue Bestimmung der in y-Richtung gegenüberliegenden Räder eines Radsatzes vorgenommen werden, empfiehlt es sich alle vier Räder eines Drehgestells eines Schienenfahrzeuges F mit Beschleunigungs- Sensoren und zwei auf der gleichen Seite des Drehgestells liegende Räder mit jeweils einem Rotationsfrequenz-Sensor auszustatten. Ein Drehgestell mit zwei Radsätzen weist dann vier Beschleunigungs-Sensoren und zwei Rotationsfrequenz-Sensoren auf. Es versteht sich, dass die Vorrichtung und das zugehörige Verfahren für Schienenfahrzeuge F ohne und mit Drehgestell anwendbar ist. Für die erste Ausführungsform entscheidend ist, dass in Fahrtrichtung gesehen hintereinander liegende Räder R-ι, R2 eines ersten und eines zweiten Radsatzes vorhanden sind, um mindestens einen Durchmesser dn bestimmen zu können.
Zweite Ausführungsform: Die Vorgehensweise innerhalb des Verfahrens und die Ausgestaltung der Vorrichtung 10 in der zweiten Ausführungsform erfolgt analog, jedoch wird eine andere Anordnung der Messpunkte gewählt, wobei der Abstand der Messpunkte ebenfalls bekannt ist, wie nachfolgend anhand der Figur 2B erläutert wird. Mittels der in Figur 2B dargestellten Vorrichtung 10 und dem zugehörigen Verfahren in der zweiten Ausführungsform kann der Durchmesser mindestens eines Rades Rn (n=1 , 2, 3 ...) ermittelt werden.
In der zweiten Ausführungsform wird eine Vorrichtung 10 geschaffen, bei der zumindest an zwei - in x-Richtung gesehen - hintereinander auf sich in y-Richtung erstreckenden Achsen Y1 , Y2 gelagerte Drehgestelle DG-i, DG2, deren Abstand SDG zwischen den Achsen Y1 , Y2 bekannt ist, mindestens zwei Beschleunigungs-Sensoren San und mindestens ein Rotationsfrequenz-Sensor Sfn angeordnet sind. In der Figur 2B liegen die Drehgestelle DG-i, DG2 gemäß dem Richtungspfeil x entsprechend nebeneinander. Ein möglicher Abstand SDG ist der Abstand von Drehzapfen zu Drehzapfen von zwei hintereinander liegenden Drehgestellen DGi, DG2, der als Drehzapfenabstand eines Schienenfahrzeuges F bezeichnet wird.
Gemäß Figur 2B ist vorgesehen, am Schienenfahrzeug F einem ersten Drehgestell DGi eindeutig zuordenbar einen ersten Sensor Sai und einem zweiten Drehgestell DG2 eindeutig zuordenbar einen zweiten Sensor Sa2 zur Erfassung der Beschleunigung des ersten Drehgestelles DGi und des zweiten Drehgestelles DG2 anzubringen. Die Sensoren werden nachfolgend analog zur ersten Ausführungsform erster und zweiter Beschleunigungs-Sensor Sai, Sa2 genannt. Prinzipiell muss die Anordnung so erfolgen, dass die Beschleunigungs-Sensoren Sa-ι, Sa2 in der Lage sind, die Beschleunigungssignale a^\, a2 des jeweiligen Drehgestells DGi, DG2 eindeutig zu ermitteln. Die Anordnung der Rotationsfrequenz-Sensoren Sfn erfolgt gemäß Figur 2B analog zu Figur 2A.
Mit dieser Anordnung in der zweiten Ausführungsform ist mindestens ein Durchmesser dn einen Rades Rn, wobei zur Ermittlung des mindestens eines Durchmessers dn eines einzigen Rades, ein einziger Rotationsfrequenz-Sensor Sfn ausreicht.
Die nachfolgende Beschreibung erfolgt anhand der ersten Ausführungsform. Die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise zur Auswertung der erfassten Rohdaten (an, fn) ist analog auf die zweite Ausführungsform übertragbar, wobei der in den Formeln einzusetzende Abstand sR in der zweiten Ausführungsform, der Abstand SDG zwischen den beiden Drehgestellen DG-i, DG2 gemäß Figur 2B ist.
In der zweiten Ausführungsform werden nicht die Beschleunigungssignale a^\, a2 der Räder R-i, R2, sondern die Beschleunigungssignale a^\, a2 der Drehgestelle DG-ι, DG2 ermittelt. Daraus folgt, dass die Beschleunigungs-Kennlinien 3.1 und 3.2 in der zweiten Ausführungsform nicht am ersten und zweiten Rad R-i, R2, sondern am ersten und zweiten Drehgestell DGi, DG2 aufgenommen werden.
Ermittlung des Raddurchmessers: In Figur 3 ist ein Kennlinienverlauf einer ersten und einer zweiten Beschleunigungs-Kennlinien 3.1 und 3.2 des ersten Rades Ri und des zweiten Rades R2 dargestellt.
Das zugehörige Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Durchmessers dn eines Rades Rn eines Schienenfahrzeuges F nutzt den Effekt aus, dass es durch das Überfahren von streckenseitigen Unregelmäßigkeiten zu bestimmten Beschleunigungssignalen a^\, a2 an der ersten und zweiten Achse Y1 , Y2 des Schienenfahrzeuges F kommt. Ein erstes Beschleunigungssignal ai wird gemäß Diagramm Figur 3 und Verfahrensschema Figur 4 über der Zeit t ermittelt, wobei das auf der ersten Achse Y1 liegende vorlaufende erste Rad Ri - in Fahrtrichtung x gesehen - zuerst auf eine vorhandene Unregelmäßigkeiten auftrifft, wonach mit einem Zeitversatz At das auf der zweiten Achse Y2 nachlaufende zweite Rad R2 auf die gleiche Unregelmäßigkeit trifft. Durch die Unregelmäßigkeiten entstehen an den beiden Rädern R-ι, R2 unterschiedliche Beschleunigungssignale, ein erstes Beschleunigungssignal ai und ein zweites Beschleunigungssignal a2, wie durch die Ausschläge der Kennlinien 3.1 und 3.2 verdeutlicht wird.
Als Unregelmäßigkeiten, die von den Beschleunigungs-Sensoren Sa-\, Sa2 erfasst werden, werden unter anderem Schienenstöße, Stöße die durch Weichenüberfahrten und sonstige Unregelmäßigkeiten angesehen.
Bei Schienenstößen und Stößen durch Weichenüberfahrten oder dergleichen, sind die in Figur 3 dargestellten Maxima aimax, a2max der Beschleunigungssignale a-\, a2 ermittelbar und können zur Auswertung herangezogen werden, wie nachfolgend erläutert wird.
Ausgehend von den Beschleunigungssignalen a^\, a2 beziehungsweise der maximalen Beschleunigungswerte aimax, a2max, jeweils über der Zeit t, gemäß dem Diagramm der Figur 3 erfolgt die Bestimmung der Laufzeitdifferenz At=t2-t1 der erfassten Beschleunigungssignale a^\, a2 beziehungsweise der Beschleunigungswerte aimax, a2max.
Es wird gemäß Figur 3 vorgeschlagen, die Laufzeitdifferenz At zwischen den Beschleunigungssignale a^\, a2 der Räder R-ι, R2 über der Zeit t unter Anwendung einer Kreuzkorrelationsfunktion zu ermitteln und/oder die Laufzeitdifferenz At der Maxima-Werte aimax, a2max der Beschleunigungssignale a-\, a2 auszuwerten.
Die Bestimmung der Laufzeitdifferenz At erfolgt in einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante unter Auswertung der Beschleunigungssignale a^\, a2 über der Zeit t mit Hilfe der Kreuzkorrelationsfunktion (KKF) und/oder in einer zweiten Ausführungsvariante unter Auswertung von mindestens zwei maximalen Beschleunigungswerten a-imax, a2max die jeweils in einem vorgebbaren Zeitbereich, in einem Zeitfenster tGes ermittelt werden.
Der Vorteil der Auswertung zur Bestimmung der Laufzeitdifferenz At der Beschleunigungswerte mittels der Kreuzkorrelationsfunktion (KKF) anhand der Beschleunigungssignale a^\, a2 (erste Ausführungsvariante) besteht darin, dass diese Methode der Auswertung genauer ist, als die Auswertung der beiden maximalen Beschleunigungswerte a-imax, a2max (zweite Ausführungsvariante), jedoch ist die Auswertung insgesamt aufwändiger, als die Bestimmung der Laufzeitdifferenz At=t2-t1 anhand der Maxima a-imax, a2max. Es versteht sich, dass die Auswertungen parallel ausgeführt werden können, wonach die Ergebnisse, insofern Abweichungen auftreten, statistisch ausgewertet werden können.
Dem Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Durchmessers di , d2 mindestens eines Rades Ri, R2 liegt folgende Berechnung zugrunde:
Gemäß Formel (1 ) kann über die Laufzeitdifferenz At und dem bekannten Abstand sR (erste Ausführungsform) eine Referenz-Geschwindigkeit vref a des Schienenfahrzeugs S bestimmt werden: sR
vref a = (1 )
At
In der zweiten Ausführungsform wird in den Formeln (1 ) und (3.1 beziehungsweise 3.2) nicht der Abstand sR der Räder R-ι, R2, sondern der bekannte Drehzapfenabstand SDG zwischen zwei Drehgestellen DGi, DG2 eingesetzt. Gemäß der Formel (2) ergibt sich ferner eine von der Drehzahl f-ι, f2 des jeweiligen Rades Ri, R2 abhängige Referenzgeschwindigkeit vref fn des ersten und/oder des zweiten Rades Ri, R2:
Figure imgf000020_0001
vref f2 = f2 d2 (2.2) Ein Gleichsetzen der Formel (1 ) mit der Formel (2.1 ) und/oder (2.2) ergibt, dass der Durchmesser di des ersten Rades Ri beziehungsweise der Durchmesser d2 des zweiten Rades R2 gemäß der Formeln (3.1 ) und (3.2) als Quotient des Abstandes sR der ersten und zweiten Achse Y1 , Y2 und der jeweiligen Rotationsfrequenz f-ι, f2 des ersten und zweiten Rades Ri, R2 berechenbar ist.
SR
Figure imgf000020_0002
fi π Δί SR
d2 = (3.2)
ί2 π Δί Über diese Berechnung hinaus, ist es ferner vorgesehen, um nicht zu verhindernde Ungenauigkeiten der Beschleunigungs- und Rotationsfrequenzmessungen auszugleichen eine statistische Auswertung vorzunehmen, wie schematisch in dem Verfahrensschema der Figur 4 dargestellt ist. Es wird eine Ermittlung und Berechnung einer Vielzahl (n= 1 , 2, 3 ...) von Raddurchmessern dn eines Rades innerhalb mehrerer Zeitfenster tgesn (n= 1 , 2, 3 ...) durchgeführt.
Anschließend werden statistische Ausreißer, der berechneten Raddurchmesser di, d2, die außerhalb vorgebbarer Grenzen liegen, aussortiert.
Aus den verbleibenden Daten wird gemäß Figur 5 in einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ein Histogramm erstellt.
Bei einer vorgebbaren, geeignet gewählten Intervallbreite d Int von beispielsweise 0,001 mm gemäß Figur 5 die an einem Praxisbeispiel zur Verdeutlichung der histographischen Auswertung dient, wird beispielsweise einem Intervall 0,824 bis 0,825 die größte Anzahl A von ermittelten Raddurchmessern di, d2 zugeordnet. Das Intervall mit der größten zugeordneten Anzahl A ist nach der statistischen Auswertung der gesuchte Raddurchmesser di oder d2, wie in dem in Figur 5 dargestellten Praxisbeispiel nachfolgend noch erläutert wird.
Die aufgezeichneten Daten wurden in Testfahrten bestätigt. Die Ergebnisse einer Testfahrt sind in Figur 5 in einem Diagramm dargestellt. Die Ergebnisse wurden wie beschrieben ausgewertet und wurden mit Werkstattprotokollen, welche direkt vor den Testfahrten erstellt worden sind, verglichen.
Dem Intervall 0,825 bis 0,826 m konnten die meisten ermittelten Raddurchmesser zugeordnet werden. Der berechnete Raddurchmesser di eines ersten Rades Ri beträgt hiernach 825 mm bis 826 mm. Dieses Ergebnis stimmt mit einem in der Werkstatt gemessenen ersten Raddurchmesser di des ersten Rades Ri von 825 mm überein. Für das zweite untersuchte Rad R2 ergibt sich das gleiche Bild. Nach den Tests wird eine Genauigkeit des Verfahrens von ±1 mm erreicht. Da ein Hohllauf der Räder R-ι , R2 bis zu 20 mm auf den Durchmesser beobachtet wurde, ist mittels der Vorrichtung 10 und des Verfahrens bereits eine Verschlechterung des Rades von 5%, das heißt, es sind bereits 5% des maximal zu erwartenden Hohllaufes eines Rades R-i , R2 detektierbar. Somit ist mit dem beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung 10 bereits eine geringe Profilveränderung sehr gut detektierbar.
Der Vorteil dieser Vorrichtung 10 und dem zugehörigen Verfahren gegenüber dem Stand der Technik ist die einfache Automatisierbarkeit und Integrationsfähigkeit in die sich zur Zeit in der Entwicklung befindenden Telematiksysteme zur Zustandsüberwachung von Schienenfahrzeugen.
Der Vorteil gegenüber dem aus der Druckschrift EP 1 197 419 A1 bekannten empfindlichen Verfahren besteht darin, dass das in dieser Patentanmeldung vorgestellte Verfahren von der Schwellenfachfrequenz unabhängig ist, die auf der Annahme eines konstanten Schwellenabstandes einer auf Schwellen gelagerten Schiene beruht. Der Schwellenabstand ist aber in der Praxis nicht konstant, sondern kann insbesondere zwischen verschiedenen Ländern variieren. Daher ist das bekannte Verfahren ungenau, insofern der Schwellenabstand als Konstante angesehen wird oder es muss zur Verbesserung der Genauigkeit des Verfahrens eine aufwändige messtechnische Erfassung des Schwellenabstandes erfolgen. Selbst bei einer messtechnischen Erfassung des Schwellenabstandes, so hat eine Fehlerbetrachtung ergeben, liefert das bekannte Verfahren gegenüber dem hier vorgeschlagenen Verfahren weniger genaue Werte. Grund dafür ist erstens, dass die messtechnische Erfassung schwierig ist, da die Schwellenfachfrequenz, die mittels einer Sekundärdurchbiegung der Schiene im Bereich der Schwelle zu einer periodischen Anregung des Radsatzes führt und über diese Sekundärdurchbiegung ermittelt wird, häufig nicht stark genug ausgeprägt ist. Die aus der Schwellenfachfrequenz abgeleiteten Beschleunigungssignale nach dem Stand der Technik führen bei der Auswertung der Beschleunigungssignale unter der Annahme gleicher Abtastraten zu einem größeren Fehler, als bei der erfindungsgemäßen Auswertung der Beschleunigungssignale, die durch Unregelmäßigkeiten der Schiene S mittels den Rädern zugeordneten Beschleunigungs-Sensoren auftreten. Hinzu kommt, dass in der Praxis die Schwellenformen variieren, so dass die Auswertung der Schwellenfachfrequenz zusätzlich kompliziert wird. Zusammengefasst weist die neue Vorrichtung und das neue Verfahren den Vorteil auf, dass eine Bestimmung des Durchmessers eines Rades ohne Kenntnis über den Schwellenabstand und die Form der verlegten Schwellen möglich ist, wobei zudem mit geringerem messtechnischen Aufwand eine höhere Genauigkeit erreicht wird.
Mit anderen Worten besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, dass das Verfahren auch auf schwellenlosen Schienen (feste Fahrbahn) angewendet werden kann. Die Ermittlung des Durchmessers dn des Rades Rn erfolgt durch Erfassung von schienenseitigen Unregelmäßigkeiten unabhängig von dem Vorhandensein von Schwellen.
Ein die Messungen beeinflussender Faktor besteht darin, dass die Räder Rn selbst schadhaft sein können, wodurch die Ermittlung der Schwellenfachfrequenz gemäß der Druckschrift EP 1 197 419 A1 nicht mehr möglich ist, wie nachfolgend anhand der Figuren 6 bis 8 erläutert wird.
Figur 6 zeigt anhand einer gestrichelt dargestellten ersten Kennlinie K1 ein aus am Achslager gemessenen Beschleunigungen an gewonnenes Frequenzspektrum eines schadensfreien (intakten) Rades Rn und anhand einer durchgehend dargestellten zweiten Kennlinie K2 ein aus am Achslager gemessenen Beschleunigungen an gewonnenes Frequenzspektrum eines geschädigten (defekten) Rades Rn.
Als Schäden an Rädern Rn werden beispielsweise Flachstellen und Polygonisierungen (Unrundheiten) sowie Exzentrizitäten angesehen. Bei dem dargestellten Schaden handelt es sich um eine Flachstelle, jedoch tritt bei anderen Schäden, wie auftretenden Polygonisierungen und/oder auftretenden Exzentrizitäten eines Rades Rn ein vergleichbarer Effekt auf.
Beide Kennlinien K1 , K2 wurden in einem kurzen Zeitintervall von circa 2s als normierte Amplitude (Normwert 1 ) über der Frequenz in Hz für einen Bereich von 0 bis 100 Hz ermittelt.
Es wird anhand der ersten Kennlinie K1 deutlich, dass sich selbst für ein schadensfreies Rad Rn innerhalb des dargestellten Frequenzspektrums keine Peaks deutlich genug ausprägen, die eine Aussage über die Schwellenfachfrequenz erlauben, da die Anregung durch die Schwellen zu gering ist. Die Schwierigkeiten bei der Ermittlung der Schwellenfachfrequenz infolge der geringen Ausprägung der Signale der dadurch einhergehenden schlechten Messbarkeit wurde bereits anhand der vorhergehenden Beschreibung zu der Druckschrift EP 1 197 419 A1 erläutert.
Die erste Kennlinie K1 zeigt anhand des normierten Amplitudensignals der ermittelten Frequenz in einem kurzen Zeitraum von circa 2 s noch einmal deutlich, dass eine solche Messung nicht signifikant genug ist, um ohne weiteres die Schwellenfachfrequenz zu ermitteln.
Die erste Kennlinie K1 ist eher mit einem rauschenden Signal vergleichbar, welches keine eindeutigen Aussagen über eine sich klar abzeichnende Frequenz zulässt. In der Praxis gelingt die Ermittlung der Schwellenfachfrequenz nur mit einem sehr hohem messtechnischen Aufwand und insbesondere nur dann, wenn die Messungen über einen sehr langen Zeitraum vorgenommen werden. In langen Messzeiträumen ändern sich jedoch zumeist die vorliegenden Randbedingungen, so dass auch dieser Ansatz meist nicht zu guten Ergebnissen führt. Hingegen zeigt die zweite Kennlinie K2 anhand der signifikanten Peaks fsig eindeutig, von denen in Figur 6 einige beispielhaft mit dem Bezugszeichen fsig (sig=signifikant) markiert sind, dass sich an einem Rad Rn vorhandene Schäden im Frequenzspektrum deutlich abzeichnen und damit andere Schwingungen überdecken. Das heißt, dass insbesondere dann, wenn ein schadhaftes Rad Rn vorliegt, die Ermittlung der Schwellenfachfrequenz unmöglich ist, da die durch den Schaden hervorgerufenen signifikanten Amplitudenausschläge fsig, die sowieso nicht eindeutig ausgeprägte erste Kennlinie K1 zur Ermittlung der Schwellenfachfrequenz noch weiter stören, so dass die Schwellenfachfrequenz bei einem schadhaften Rad Rn erst recht unauffindbar ist. Hierin liegt ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung, die eben gerade ohne die Ermittlung der Schwellenfachfrequenz auskommt, um den Durchmesser dn eines Rades Rn zu bestimmen, denn die Ermittlung des Durchmesser dn eines Rades Rn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren funktioniert problemlos auch dann, wenn ein schadhaftes Rad Rn vorliegt. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird auch aus den Figuren 7 und 8 deutlich. Gemäß der Beschreibung der Erfindung wurde der Durchmesser dn für ein intaktes Rad Rn in einem vorgebbaren Zeitintervall mit Hilfe des nach der Erfindung angegebenen Formelalgorithmus (Formeln 1./2.1/2.2/3.1/3.2) beispielsweise 16.000 mal berechnet.
In Figur 7 ist der jeweils in dem vorgebbaren Zeitintervall mehrmals (beispielsweise 16.000 mal) berechnete Durchmesser dn eines schadensfreien Rades Rn über der Anzahl der mittels der Kreuzkorrelation vorgenommenen Berechnungen aufgetragen.
Anhand der Figur 7 wird anhand einer dritten Kennlinie K3 deutlich, dass der Durchmesser dn analog zu der bereits beschriebenen histographischen Auswertung konstant bei 0,824 bis 0,825 mm liegt. Die bei der Berechnung entstandenen vom gesuchten Durchmesser klar abweichenden Werte beinträchtigen, wie zuvor erläutert durch die histographischen Auswertung, das Ergebnis kaum.
In Figur 8 ist der jeweils in dem vorgebbaren Zeitintervall mehrmals (beispielsweise 16.000 mal) berechnete Durchmesser dn eines schadhaftes Rades Rn - im Ausführungsbeispiel mit einer Flachstelle - über der Anzahl der mittels der Kreuzkorrelation vorgenommenen Berechnungen aufgetragen.
Anhand der Figur 8 wird mittels der vierten Kennlinie K4 deutlich, dass der anhand des erfindungsgemäßen Formelalgorithmus (Formeln 1./2.1/2.2/3.1/3.2) berechnete Durchmesser dn analog zu der bereits beschriebenen histographischen Auswertung gut erkennbar ebenfalls konstant bei 0,824 bis 0,825 mm liegt. Die bei der Berechnung vom gesuchten Durchmesser dn klar abweichenden Werte nehmen zwar hinsichtlich der Anzahl durch die schadhafte Stelle des Rades Rn bedingt zu. Sie werden, wie zuvor erläutert, durch die statistische Auswertung ausgeglichen und führen so zu keiner signifikanten Verschlechterung der Durchmesserberechnung.
Im Ergebnis ist mit der Vorgehensweise gemäß der Erfindung auch bei einem schadhaften Rad Rn die Ermittlung des zugehörigen Durchmessers dn, problemlos möglich, während die Ermittlung über den Weg der Ermittlung der Schwellenfachfrequenz bei einem schadhaften Rad Rn, wie bereits erläutert, ausgeschlossen ist. Es hat sich ferner eine bevorzugte Ausführungsvariante zur Durchführung des Verfahrens herausgestellt. Es ist vorteilhaft für die statistische Auswertung nur Messungen zu verwenden, welche in einem Geschwindigkeitsbereich von 20 km/h bis 80 km/h aufgezeichnet werden.
Dieser Zusammenhang wird in Figur 9 anhand der Kennlinien (durchgehende Kennlinie) K5 und (gestrichelte Kennlinie) K6 verdeutlicht. Die Kennlinien K5, K6 wurden bis zu einer Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeuges F von 80 km/h ermittelt, sind jedoch nur bis zu einer Geschwindigkeit von 60 km/h dargestellt.
Die Kennlinien K5, K6 basieren auf einem Raddurchmesser di , d2 von jeweils 0,825m und einem Abstand sR zwischen den beiden Rädern R-ι , R2 von 1 ,8m.
In Figur 9 ist der Anteil von Durchmesserberechnungen dargestellt, bei denen durch sogenannte„Gut-Messungen" ein Fehler <2mm bezogen auf den wahren Durchmesser dn eines Rades Rn erreicht wurde, wie die fünfte Kennlinie K5 bezogen auf eine Gesamtmenge an ausgewerteten Messungen, deren Anzahl eine sechste Kennlinie K6 zeigt.
Die Berechnung des Anteils von „Gut-Messungen" erfolgt jeweils über einen Geschwindigkeitsbereich von +1-2 km/h. Das heißt, der dargestellte Anteil von„Gut-Messungen" wurde beispielsweise bei 20 km/h für den Geschwindigkeitsbereich von 18 km/h bis 22 km/h und bei 30 km/h in einem Geschwindigkeitsbereich von 28 km/h bis 32 km/h ermittelt.
Es wird anhand der fünften Kennlinie K5 deutlich, dass es vorteilhaft ist, die Messungen ab einer Mindestgeschwindigkeit des Schienenfahrzeuges F von 15 km/h durchzuführen, was in der Praxis leicht realisierbar ist.
Danach erfolgt, mit dem Ansteigen der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges F, wie die Kennlinien K5 und K6 verdeutlichen, ein kontinuierlicher Anstieg des Verhältnisses von „Gut- Messungen" zu der Anzahl von durchgeführten Messungen, bis sich das Verhältnis bei 50 km/h auf circa 50% stabilisiert. Dieses Verhältnis hängt von der eingesetzten Messtechnik ab und kann bei einem erhöhten Aufwand an Messtechnik noch weiter erhöht werden. Der dargestellte Effekt basiert auf der bei Versuchen gewonnenen Erkenntnis, dass bei der Durchführung des Verfahrens folgende Randbedingungen ein Rolle spielen und somit Einfluss auf die Auswertung und Berechnung des Durchmessers dn eines Rades Rn haben.
Erstens führt eine steigende Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeuges F zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit, dass während eines Betrachtungszeitraumes von beispielsweise 2s eine schienenseitige Unregelmäßigkeit sowohl das erste Rad Ri als auch das zweite Rad R2 passiert. Eine steigende Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeuges F erhöht daher in vorteilhafter Weise die Anzahl der„Gut-Messungen". Zweitens reduziert eine steigende Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeuges F in vorteilhafter Weise weiterhin die Auswirkungen von sich ändernden Fahrgeschwindigkeiten v des Schienenfahrzeuges F auf die Durchmesserberechnung.
Drittens wurde festgestellt, dass eine Abtastrate, der die Messsignale erzeugenden Messtechnik möglicht hoch gewählt werden muss, um insbesondere bei einem Ansteigen der Fahrgeschwindigkeit v des Schienenfahrzeuges F eine besonders hohe Anzahl an „Gut- Messungen" zu generieren, wodurch gerade bei hohen Fahrgeschwindigkeit v eine hohe Anzahl an Durchmesserberechnungen ermöglicht wird. Die drei genannten Randbedingungen überlagern sich und führen zu dem genannten optimalen Geschwindigkeitsbereich von 20 km/h bis 80 km/h für den die statistische Auswertung gemäß der bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt.
Die statistische Auswertung in dem genannten Geschwindigkeitsbereich von 20 km/h bis 80 km/h hat zudem den Vorteil, dass der notwendige Rechenaufwand reduziert wird. Jede Durchmesserberechnung ist mit entsprechendem Rechenaufwand verbunden. Die Daten nur innerhalb des optimalen Geschwindigkeitsbereiches von 20 km/h bis 80 km/h auszuwerten, führt somit in vorteilhafter Weise zu einer Erhöhung der Effizienz des Verfahrens und bei der Durchmesserberechnung innerhalb der statistischen Auswertung zu einer Erhöhung der Genauigkeit des ermittelten Durchmessers dn. Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung
Figure imgf000028_0001
Ri erstes Rad
R2 zweites Rad
DGi erstes Drehgestell
DG2 zweites Drehgestell
Y1 erste Achse
Y2 zweite Achse
F Schienenfahrzeug
S Schiene
H Profilhöhe
B Radbreite
an Beschleunigungssignale
ai erstes Beschleunigungssignal
a2 zweites Beschleunigungssignal
3lmax erster maximaler Beschleunigungswert a2max zweiter maximaler Beschleunigungswert
San n-ter Beschleunigungs-Sensor
Sai erster Beschleunigungs-Sensor
Sa2 zweiter Beschleunigungs-Sensor
fi erstes Rotationsfrequenzsignal
f2 zweites Rotationsfrequenzsignal
Sfn n-ter Rotationsfrequenz-Sensor
Sfi erster Rotationsfrequenz-Sensor
Sf2 zweiter Rotationsfrequenz-Sensor dn n-ter Durchmesser
di erster Durchmesser (erstes Rad Ri) d2 zweiter Durchmesser (zweites Rad R2)
SR Abstand zwischen zwei Rädern
SDG Abstand zwischen zwei Drehgestellen
V Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges F vref a Referenz-Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges F vref f 1 Referenz-Geschwindigkeit des ersten Rades Ri
vref f2 Referenz-Geschwindigkeit des zweiten Rades R2
t Zeit
At Laufzeitdifferenz
t Ges Zeitfenster
d Int Intervallbreite
1 .1 erste Profilhöhen-Kennlinie ohne Hohllauf
1 .2 zweite Profilhöhen-Kennlinie mit Hohllauf
3.1 erste Beschleunigungs-Kennlinie
3.2 zweite Beschleunigungs-Kennlinie
X in Längsrichtung des Fahrzeuges liegende Richtung (Fahrtrichtung) y Horizontale des Fahrzeuges quer zur x-Richtung
z Vertikale des Fahrzeuges quer zur x-Richtung.
A Anzahl der Zuordnungen
K1 erste Kennlinie
K2 zweite Kennlinie
K3 dritte Kennlinie
K4 vierte Kennlinie
K5 fünfte Kennlinie
K4 sechste Kennlinie
fsig signifikante Amplitude der Frequenz

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Durchmessers (dn) eines auf einer Schiene (S) laufenden Rades (Rn) und/oder der Geschwindigkeit (v) eines sich in Fahrt befindenden Schienenfahrzeuges (F) mit mindestens zwei den Rädern (R-ι , R2) oder Drehgestellen (DG!, DG2) des Schienenfahrzeuges (F) zugeordneten Achsen (Y1 , Y2), die einen konstanten Abstand (sR; SDG) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überfahren von schienenseitigen Unregelmäßigkeiten an einem auf einer ersten Achse (Y1 ) liegenden ersten Messpunkt (R-ι ; DGi) ein erstes Beschleunigungssignal (a-ι) und an einem - in Fahrtrichtung (x) des Schienenfahrzeuges (F) gesehen - hinter dem ersten Messpunkt (R-i ; DGi) auf einer zweiten Achse (Y2) liegenden zweiten Messpunkt (R2; DG2) ein zweites Beschleunigungssignal (a2) sowie an mindestens einem der Räder (R-ι , R2) ein Rotationsfrequenzsignal (f-i , f2) gemessen wird, wonach die zwischen den Beschleunigungssignalen (a-ι , a2) liegende Laufzeitdifferenz (At) ermittelt wird, wodurch eine beschleunigungsabhängige Referenz-Geschwindigkeit (vref a) des Schienenfahrzeuges (F) und mindestens eine rotationsfrequenzabhängige Referenz- Geschwindigkeit (vref fn) mindestens eines Rades (R-i , R2) und aus den beiden Referenz- Geschwindigkeiten (vref a, vref fn ) der mindestens eine Durchmesser (di, d2) des mindestens einen Rades (R-i , R2) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beim Überfahren von schienenseitigen Unregelmäßigkeiten an einem auf der ersten Achse (Y1 ) liegenden ersten Messpunkt, an einem ersten Rad (R-i) ein erstes Beschleunigungssignal (a-ι) und an einem - in Fahrtrichtung (x) des Schienenfahrzeuges (F) gesehen - hinter dem ersten Rad (R-i) auf der zweiten Achse (Y2) liegenden zweiten Messpunkt an einem zweiten Rad (R2) ein zweites Beschleunigungssignal (a2) sowie an mindestens einem der Räder (R-ι , R2) ein Rotationsfrequenzsignal (f-i , f2) gemessen wird, wonach die zwischen den Beschleunigungssignalen (a-ι , a2) liegende Laufzeitdifferenz (At) ermittelt wird, wodurch eine beschleunigungsabhängige Referenz-Geschwindigkeit (vref a) des Schienenfahrzeuges (F) und mindestens eine rotationsfrequenzabhängige Referenz- Geschwindigkeit (vref fn) mindestens eines Rades (R-i , R2) und aus den beiden Referenz- Geschwindigkeiten (vref a, vref fn ) der mindestens eine Durchmesser (di, d2) des mindestens einen Rades (R-i , R2) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beim Überfahren von schienenseitigen Unregelmäßigkeiten an einem auf der ersten Achse (Y1 ) liegenden ersten Messpunkt, einem ersten Drehgestell (DG-ι) ein erstes Beschleunigungssignal (a-ι) und an einem - in Fahrtrichtung (x) des Schienenfahrzeuges (F) gesehen - hinter dem ersten Rad (R-i) auf der zweiten Achse (Y2) liegenden zweiten Messpunkt an einem zweiten Drehgestell (DG2) ein zweites Beschleunigungssignal (a2) sowie an mindestens einem der Räder (R-ι , R2) ein Rotationsfrequenzsignal (f-i , f2) gemessen wird, wonach die zwischen den Beschleunigungssignalen (a-ι , a2) liegende Laufzeitdifferenz (At) ermittelt wird, wodurch eine beschleunigungsabhängige Referenz-Geschwindigkeit (vref a) des Schienenfahrzeuges (F) und mindestens eine rotationsfrequenzabhängige Referenz- Geschwindigkeit (vref fn) mindestens eines Rades (R-i , R2) und aus den beiden Referenz- Geschwindigkeiten (vref a, vref fn ) der mindestens eine Durchmesser (di, d2) des mindestens einen Rades (R-i , R2) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Laufzeitdifferenz (At) unter Auswertung des ersten und zweiten Beschleunigungssignales (a-ι , a2) mit Hilfe der Kreuzkorrelationsfunktion (KKF) und/oder unter Auswertung eines ersten und eines zweiten extremen Beschleunigungswertes (aimax, a2max), jeweils über der Zeit (t) in einem vorgebbaren Zeitfenster (tges) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Durchmesser (di, d2) in vorgebbaren Zeitfenstern (tges) mehrmals ermittelt und statistisch ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur statistischen Auswertung ein Histogramm verwendet wird, in dem der mindestens eine erwartete, mehrfach ermittelte Durchmesser (di, d2) des mindestens einen Rades (R-i , R2) vorgebbaren Intervallbreiten (d Int) zugeordnet wird, wobei diejenige Intervallbreite (d Int), der die größte Anzahl (A) des mindestens einen mehrfach ermittelten Durchmessers (di, d2) zugeordnet worden ist, dem zu ermittelten mindestens einen Durchmesser (di, d2) entspricht. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Beschleunigungssignal (a-ι) an dem ersten Messpunkt (R-ι; DG-ι) und das zweite Beschleunigungssignal (a2) an dem zweiten Messpunkt (R2; DG2) sowie das mindestens eine Rotationsfrequenzsignal (f-i, f2) mindestens eines der Räder (R-ι, R2) bei einer Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeuges (F) gemessen wird, die in einem Geschwindigkeitsbereich von 20 km/h bis 80 km/h liegt.
Vorrichtung (10) zur Bestimmung mindestens eines Durchmessers (dn) eines auf einer Schiene (S) laufenden Rades (Rn) und/oder der Geschwindigkeit (v) eines sich in Fahrt befindenden Schienenfahrzeuges (F) mit mindestens zwei den Rädern (R-ι, R2) oder Drehgestellen (DGi, DG2) des Schienenfahrzeuges (F) zugeordneten Achsen (Y1 , Y2), die einen konstanten Abstand (sR; SDG) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass einem ersten Messpunkt (R-ι; DGi) auf einer ersten Achse (Y1 ) mindestens ein erster Beschleunigungs- Sensor (Sa-ι) und einem zweiten Messpunkt (R2; DG2) auf einer zweiten Achse (Y2) mindestens ein zweiter Beschleunigungs-Sensor (Sa2) zugeordnet ist, und wenigstens einem der mindestens zwei Räder (R-ι, R2) ein Rotationsfrequenz-Sensor (Sf-ι, Sf2) zugeordnet ist, wobei die Sensoren (Sa-ι, Sa2, Sf-ι, Sf2) mit einer Erfassungseinheit interagieren, die zumindest dazu geeignet ist, mindestens zwei Beschleunigungssignale (a-ι, a2) sowie mindestens ein Rotationsfrequenzsignal (f-i, f2) zu erfassen und auszugeben.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass einem ersten Messpunkt an einem ersten Rad (R-i) auf der ersten Achse (Y1 ) mindestens ein erster Beschleunigungs-Sensor (Sa-ι) und einem zweiten Messpunkt an einem zweiten Rad (R2) auf der zweiten Achse (Y2) mindestens ein zweiter Beschleunigungs-Sensor (Sa2) zugeordnet ist, und wenigstens einem der mindestens zwei Räder (R-ι, R2) ein Rotationsfrequenz-Sensor (Sfi, Sf2) zugeordnet ist, wobei die Sensoren (Sai, Sa2, Sfi, Sf2) mit einer Erfassungseinheit interagieren, die zumindest dazu geeignet ist, mindestens zwei Beschleunigungssignale (a-ι, a2) sowie mindestens ein Rotationsfrequenzsignal (f-i, f2) zu erfassen und auszugeben.
0. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass einem ersten Messpunkt an einem ersten Drehgestell (DGi) auf der ersten Achse (Y1 ) mindestens ein erster Beschleunigungs-Sensor (Sa-i) und einem zweiten Messpunkt an einem zweiten Drehgestell (DG2) auf der zweiten Achse (Y2) mindestens ein zweiter Beschleunigungs-
Sensor (Sa2) zugeordnet ist, und wenigstens einem der mindestens zwei Räder (R-ι, R2) ein Rotationsfrequenz-Sensor (Sfi, Sf2) zugeordnet ist, wobei die Sensoren (Sai, Sa2, Sfi, Sf2) mit einer Erfassungseinheit interagieren, die zumindest dazu geeignet ist, mindestens zwei Beschleunigungssignale (a-ι, a2) sowie mindestens ein Rotationsfrequenzsignal (f-i, f2) zu erfassen und auszugeben.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit eine Auswerteeinheit umfasst, mittels der eine beschleunigungsabhängige Referenz- Geschwindigkeit (vref a) des Schienenfahrzeuges (F) und/oder der mindestens eine Durchmesser (di, d2) des mindestens einen Rades (R-i, R2) berechnet wird.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 1 1 , dadurch gekennzeichnet, das die Erfassungseinheit oder die Erfassungs- und Auswerteeinheit eine Sendeeinheit umfasst, mittels der mindestens zwei Beschleunigungssignale (a-ι, a2) sowie mindestens ein Rotationsfrequenzsignal (f-i, f2) oder mindestens eine rotationsfrequenzabhängige
Referenz-Geschwindigkeit (vref fn) und/oder der mindestens eine Durchmesser (di, d2) des mindestens einen Rades (R-i, R2) aussendbar sind/ist.
13. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungs- Sensoren (Sa-ι, Sa2) zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale (a-ι, a2) an einer Radscheibe des jeweiligen Rades (R-i, R2) angeordnet sind.
14. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungs- Sensoren (Sa-ι, Sa2) zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale (a-ι, a2) an einer dem jeweiligen Rad (R-i, R2) zugeordneten Radsatzwelle angeordnet sind.
15. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungs- Sensoren (Sa-ι, Sa2) zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale (a-ι, a2) an einem dem jeweiligen Rad (R-i, R2) zugeordneten Achslagergehäuse eines Radsatzlagers der Radsatzwelle angeordnet sind.
16. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungs- Sensoren (Sa-ι , Sa2) zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale (a-ι , a2) an einem dem jeweiligen Rad (R-i , R2) zugeordneten Achslagerdeckel angeordnet sind.
17. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungs- Sensoren (Sa-ι , Sa2) zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale (a-ι , a2) an einem dem jeweiligen Rad (R-i , R2) zugeordneten Achslager angeordnet sind.
18. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rotationsfrequenz-Sensor (Sf-ι, Sf2) zur Erfassung des mindestens einen Rotationsfrequenzsignals (f-i , f2) an einer Radscheibe des jeweiligen Rades (R-i , R2) angeordnet ist.
19. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rotationsfrequenz-Sensor (Sf-ι, Sf2) zur Erfassung des mindestens einen Rotationsfrequenzsignals (f-i , f2) an einer dem jeweiligen Rad (R-i , R2) zugeordneten
Radsatzwelle angeordnet ist.
20. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rotationsfrequenz-Sensor (Sf-ι, Sf2) zur Erfassung des mindestens einen Rotationsfrequenzsignals (f-i , f2) an einem dem jeweiligen Rad (R-i , R2) zugeordneten rotierenden Innenring und/oder rotierenden Wälzkörpern des Radsatzlagers der Radsatzwelle angeordnet ist.
21 . Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungs- Sensoren (Sa-ι , Sa2) zur Erfassung der mindestens zwei Beschleunigungssignale (a-ι , a2) jeweils an einem Drehgestell (DGi, DG2) angeordnet sind.
22. Telematiksystem zur Bestimmung und drahtlosen Fernüberwachung mindestens eines Durchmessers (dn) eines auf einer Schiene (S) laufenden Rades (Rn) und/oder der Geschwindigkeit (v) eines sich in Fahrt befindenden Schienenfahrzeuges (F) mit mindestens zwei den Rädern (R-ι , R2) oder Drehgestellen (DGi, DG2) des Schienenfahrzeuges (F) zugeordneten Achsen (Y1 , Y2), die einen konstanten Abstand (sR; SOG) aufweisen, gekennzeichnet durch ein Verfahren nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 7 und/oder eine Vorrichtung (10) nach mindestens einem der Patentansprüche 8 bis 21 , wobei die eine Erfassungseinheit der Vorrichtung (10) entweder eine Sendeeinrichtung umfasst, so dass mindestens zwei Beschleunigungssignale (a-ι, a2) und mindestens ein Rotationsfrequenzsignal (f-i, f2) an eine Empfangs- und Auswerteeinheit des Telematiksystems aussendbar sind,
oder eine Auswerte- und Sendeeinrichtung umfasst, so dass eine beschleunigungsabhängige Referenz-Geschwindigkeit (vref a) des Schienenfahrzeuges (F) und/oder mindestens ein Durchmesser (di, d2) des mindestens einen Rades (R-i, R2) an eine Empfangseinheit des Telematiksystems aussendbar ist/sind.
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